전고체 리튬 배터리용 Li-Rich Mn 기반 음극

최근에는 의과대학 화학공학과 장치앙(Zhang Qiang) 교수팀 칭화대학교, 벌크/표면 인터페이스 연구 결과 발표 리튬이 풍부한 망간 기반 양극재 구조 설계 전고체 금속 리튬 배터리. 그들은 현장 벌크/표면을 제안했습니다. 인터페이스 구조 규제 전략, 빠르고 안정적인 Li+/e 경로 구축, 리튬이 풍부한 리튬의 실제 적용 촉진 전고체 리튬전지에 사용되는 망간계 양극재.

배터리는 현대 에너지 분야에서 중요한 역할을 했으며 다음과 같은 분야에서 큰 성공을 거두었습니다. 휴대용 전자 장치, 전기 자동차 및 그리드 규모 에너지 저장 장치 응용 프로그램. 그러나 배터리의 에너지 밀도를 향상시키면서 배터리의 안전성이 핵심입니다. 급속한 수요 증가와 함께 기존 리튬이온 배터리인 배터리의 에너지 밀도를 향상시켜 전통적인 음극재와 유기물에 의존하는 기술 전해질은 장기간 주기에서 기술적 병목 현상을 겪었습니다. 안정성, 넓은 온도 범위 및 안전성. 전통적인 것과 비교하여 리튬 이온 배터리, 전고체 리튬 배터리는 파손될 수 있습니다. 더 높은 에너지 밀도 한계. 우수한 에너지 밀도와 안전성으로 인해 특성을 갖추고 있어 가장 유망한 차세대 배터리로 자리매김하고 있습니다. 기술. 그럼에도 불구하고, 고전적인 양극재는 현재 요구되는 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 전고체 리튬의 높은 에너지 밀도 및 안전 요구사항 배터리. 리튬이 풍부한 망간 기반 양극재가 가장 많이 사용됩니다. 전고체 리튬전지용 양극재로 주목받고 있다. 방전 비용량…250mAh/g, 에너지 밀도…1000Wh/kg, 낮은 Co 및 Ni 함량.

그러나 낮은 전자 전도도와 명백한 비가역적 산화환원 반응, 인터페이스 구조가 심각하게 저하되어 동역학적 거동이 발생합니다. 충방전 시 리튬이 풍부한 망간 기반 양극재 장애가 있습니다. 산소 이탈 현상은 이러한 인터페이스 실패 동작을 악화시키며, 전해질이 산화분해되어 전해질이 파괴됩니다. 리튬이 풍부한 망간 기반 양극재 간의 계면 안정성 및 전해질.

건설 및 안정적인 Li+ 및 전자 수송 경로 유지 작동 상태의 배터리는 긴 사이클을 촉진하기 위한 전제 조건입니다. 실제 조건에서의 전고체 배터리. 연구팀은 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다. 현장에서 안정적이고 빠른 Li+/e... 경로를 구축합니다. 벌크/표면 조정을 통한 양극재/고체 전해질 계면 인터페이스 구조와 혁신적인 디자인, 산화 환원 반응 활동 촉진 음이온 산소의 산화 환원 반응의 가역성을 향상시킵니다. 전고체 리튬 양극재 표면의 산소 상온에서 배터리를 보관하여 고전압 고체-고체를 안정화시킵니다. 인터페이스.

그림 1. 벌크/표면 인터페이스 구조 수정의 개략도 리튬이 풍부한 망간계 양극재 설계 전략

이 연구 벌크/표면 인터페이스를 최적화하기 위한 1단계 합성 전략 제안 리튬이 풍부한 망간 기반 양극재 구조를 만들어 냈습니다. 리튬이 풍부한 망간 기반 양극재(5W&LRMO) 임베디드 구조, W 도핑 및 Li2WO4 표면 코팅. 이 구조 리튬이 풍부한 망간 기반 음극의 벌크 구조적 안정성을 향상시킵니다. Li+/e...의 전달 역학을 개선하고 전이 금속의 산화환원 활성을 크게 향상시킵니다. 양이온과 음이온 산소. 음이온성 산소 산화환원의 전하 보상 충전 및 방전 과정에서 반응이 이루어지므로 표면의 산소 이온 산화 환원 반응의 가역성을 촉진합니다. 리튬이 풍부한 망간 기반 양극재 및 고전압 안정화 솔리드-솔리드 인터페이스. 최적화된 인터페이스로 충전 및 방전 보장 고전압 범위에서 안정성을 유지하고 긴 사이클 기간 동안 효율적인 Li+/e...전달 역학을 유지하여 성능을 향상시킵니다. 복합양극재의 활물질 이용률

그림 2. 리튬이 풍부한 망간 기반의 계면 Li+ 수송 역학의 진화 1차 충방전 과정에서의 양극재

이 연구 사이의 인터페이스의 임피던스 진화 과정을 밝혔습니다. 리튬이 풍부한 망간 기반 음극 및 현장 임피던스에 의한 전해질 이완 시간 분석(DRT)과 결합된 분광학(EIS) 테스트. 그만큼 제안된 방법은 인터페이스 진화 과정의 시각화를 가능하게 합니다. 첫 번째 충전 및 방전 및 긴 사이클 과정. 공부를 깊게 리튬이 풍부한 물질 사이의 인터페이스 구조 진화를 이해합니다. 망간계 양극재 및 전해질 전후 가감. 리튬이 풍부한 망간 기반 양극이 발견되었습니다. 변형 전의 재료는 비가역적인 음이온 산소 산화환원 반응을 나타냅니다. 고전압에서는 음극과 전해질 경계면을 더욱 산화시키고, 결과적으로 임피던스가 크게 증가하고 계면을 방해합니다. Li+ 전송. 대조적으로, 변형된 리튬이 풍부한 망간 기반 음극 물질은 특히 a에서 안정적이고 빠른 Li+ 확산 동역학을 나타냅니다. 4.6V의 고전압으로 계면 임피던스 값의 변화를 최소화합니다. 따라서 더 빠르고 안정적인 계면 Li+ 전송이 촉진됩니다. 음이온 산소 산화 환원 반응의 가역성을 향상시킵니다. 그것은 더 쉽습니다 산업 등급 응용 분야를 달성하기 위한 복합 음극 재료 ~3mAh/cm2 이상의 표면 용량. 25°C에서, 고부하 5W&LRMO 양극재 표면 용량 0.2 C율은 약 2.5mAh/cm2이며, 100 이후 용량 유지율은 88.1%이다. 사이클; 1C의 높은 레이트에서 초장주기 안정성을 보여줍니다. 1200사이클 이후 용량 유지율은 84.1%입니다. 이 연구는 새로운 것을 제공합니다. 리튬이 풍부한 벌크/표면 인터페이스 구조를 설계하는 방법 망간 기반 양극재 및 에너지 개선에 효과적인 방법 전고체 리튬전지의 밀도

10월 1일, 관련 연구 결과가 Journal of the American에 게재되었습니다. Bulk/Interfacial이라는 제목의 화학회 전고체 리튬용 Li-Rich Mn 기반 음극의 구조 설계 배터리...

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