고체-액체-가스 통합 인터페이스 엔지니어링에 의한 리튬이 풍부한 망간 기반 음극 재료의 순환 안정성 향상
문헌 감상: 고체-액체-가스 통합 인터페이스 공학에 의한 리 -부자 망간 기반 음극 재료의 순환 안정성 향상
작가나정보차ㅏ기사에스움마리
2022년, 아모이 University의 펭 동량 교수와 시에 칭수이 연구원이 이끄는 팀은 고체 액체 가스 통합 표면 개질 방법을 개발하여 리튬이 풍부한 망간 기반 음극 재료(LRM )의 표면에 CEI 사전 구조 층과 결함 이종 구조를 도입했습니다. 재료의 사이클 안정성을 크게 향상시켰습니다. 이 작업은 고에너지 밀도 리튬 이온 배터리 개발에 중요한 역할을 하는 LRM 표면 및 인터페이스의 안정성을 조절하는 새로운 아이디어를 열었습니다. 샤먼 대학교 재료 학부의 펭 동량 교수와 특별 연구원 시에 Qingshui가 이 논문의 교신저자이며, 샤먼 대학교 재료 학부의 박사 과정 학생인 궈 Weibin이 이 논문의 제1저자입니다.
샘플 준비 및 테스트
1. 초기 리튬이 풍부한 망간계 양극 물질 PLRM의 준비;
2. 디메틸 옥살레이트(DMO )에 의해 보조되는 리튬이 풍부한 망간 캐소드 물질 DLRM의 제조;
3. 시험항목 : 조성분석, 결정구조분석, 형태분석, 전기화학적 성능분석, DFT계산, 전극저항분석(BER1300 -IEST ), 연충전전기코어(GVM2200 -IEST )의 ~에 -현장 가스생산시험 등
결과 분석
그림 1에서 볼 수 있듯이 저자는 DMO가 LRM의 표면/계면 개질을 지원한 후 LRM 2차 입자의 표면과 내부 1차 입자의 표면/계면에 균일한 CEI 사전 구조 층과 결함 이종 구조가 형성될 수 있음을 발견했습니다. CEI 프리 구조층은 C2O4H2 그룹을 포함하며, 결함이 있는 이종 구조에는 리튬 결함, 산소 공극, 스피넬/층 이종 구조, TM 공극, 적층 결함 등이 포함됩니다.
그림 1. 고체 액체 기체 통합을 위한 표면 개질 방법과 개질된 LRM의 형태 및 미세 구조의 개략도
수정 전후의 전극 슬라이스 레벨에서 재료의 전자 저항을 비교하면(그림 2) DLRM의 전극 슬라이스 저항이 PLRM보다 작고 초기 DLRM의 이온 전달 저항 Rct는 또한 PLRM보다 적습니다. 1C에서 500주기 후, DLRM의 RCT 성장도 PLRM의 RCT 성장보다 훨씬 작았습니다. 그 이유를 분석해보면, Rct의 감소는 주로 리 +의 확산 장벽을 감소시킬 리튬 공공, 산소 공공 및 TM 공공과 같은 결함이 있는 헤테로구조가 표면에 존재하기 때문인 반면, 스피넬/층상 헤테로구조는 전자 전도도를 높이고 리 +를 위한 빠른 3차원 확산 채널을 제공하므로 DLRM은 더 나은 배율 기능을 갖습니다.
순환 후 시료의 형태를 분석하면 순환 후 PLRM 입자 표면에 두껍고 거칠고 갈라진 CEI 층이 있는 반면, DLRM 표면의 CEI 층은 분명히 얇고 균일하여 구성된 CEI가 사전 구조 층 및 결함 이종 구조는 재료 표면의 전해질 부식을 효과적으로 늦추고 전해질의 일부 부수 반응을 피할 수 있습니다. 두 물질의 부반응 정도를 확인하기 위해 두 물질로 조립된 단층 소프트 패키지 전지에 대해 ~에 현장 부피 변화 시험을 수행하였다(도 3). 첫 번째 사이클 전하 방전 과정에서 부피 변화는 주로 호기성 침전과 계면 부반응에 의해 발생합니다. 두 종류의 전기심의 체적 변화를 비교하면,
그림 2. 수정 전후 LRM 전극 저항 및 EIS 임피던스 테스트 결과
그림 3. 변형 전과 후 LRM의 부드러운 포장 된 전기 같은 Core의 ~ 안에 현장 용량 시험 결과
전기화학적 성능 테스트 결과(그림 4)는 PLRM과 비교하여 수정된 DLRM의 충전 비용량이 감소하는 반면 방전 비용량은 증가한다는 것을 보여줍니다. 이는 주로 수정된 DLRM이 재료 표면의 잔류 리튬 소스를 제거하고 표면에 리튬 결함 및 스피넬 구조를 형성하여 재료의 표면 안정성을 효과적으로 개선하여 높은 1차 쿨롱 효율을 얻기 때문입니다. 또한 DLRM은 더 나은 배율 성능과 주기 안정성을 보여줍니다. 1C에서 500 사이클 후 DLRM의 용량 유지율은 여전히 83.3%에 도달할 수 있으며 이는 PLRM의 72.9%보다 훨씬 높습니다.
그림 4. 개선 전후 LRM의 전기적 성능 테스트 결과
요약
요약하면, DMO 지원 고체 액체 가스 통합 표면 개질 방법을 사용하여 리튬이 풍부한 망간 기반 음극 재료(LRM )의 표면에 CEI 사전 구조화된 층 및 결함 이종 구조를 도입하여 LRM의 표면 및 구조 안정성을 효과적으로 개선했습니다. 종합적인 전기화학적 성능. 이 연구는 산업 생산에 적용될 것으로 예상되는 층상 양극 재료의 사이클 안정성을 향상시키는 간단한 방법을 제공합니다.
원본 문서
웨이빈 궈 , 잉간 장 , 양 린 , 웨이 그 , 홍페이 정 , 지에 린 , 백성 사 , 구룡 웨이 , 라이젠 왕 , 칭수이 시에 및 동 -양 펭 고체- 액체-가스 통합 인터페이스 공학 나노 에너지 97 (2022) 107201.https ://도이 .조직 /10.1016/j.나노엔 .2022.107201
IEST 관련 테스트 장비 권장 사항
장비 I:
전극 시트 저항 측정기: 모델 BER1300 (IEST )은 이중 평면 제어 전압 디스크 전극 저항 방식을 채택하여 다음과 같은 특성을 갖습니다.
1. 전압 및 전류 라인을 분리하고 전압 측정에 대한 인덕턴스의 영향을 제거하고 감지 정확도를 향상시킵니다.
2. 직경 14mm의 디스크 전극은 샘플과 비교적 큰 접촉 면적을 보장하고 테스트 오류를 줄입니다.
3. 실제 전극 조각의 종방향 침투 저항, 즉 코팅 저항, 코팅 및 수집기 유체 접촉 저항 및 수집기 유체 저항의 합을 직접 측정합니다.
4. 압력에 따른 전극 시트 저항, 전극 시트 두께 및 전극 시트 압력 밀도의 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.
5. 시험 데이터의 일관성을 보장하기 위해 적용된 압력을 정확하게 제어할 수 있습니다.
장비2:
현장 가스 생산량 모니터: 모델 GVM2200 (IEST ), 다음 기능 포함:
1. 전기 기계 동심 테스트 시스템: 고해상도 μ L로 장기 현장 온라인 모니터링;
2. 다른 온도 시험 환경을 실현하십시오: 20~85 ℃;
3. 특수 테스트 소프트웨어: 기계 테스트 시스템의 데이터를 실시간으로 수집 및 표시하고 볼륨 변화 곡선과 전기 성능 곡선을 자동으로 그립니다.
