Förbättra cykelstabiliteten i Li-rika Mn-baserade katodmaterial genom Solid-liquid-gas Integrated Interface Engineering
Litteraturuppskattning: Förbättra cykelstabiliteten i Li-rika Mn-baserade katodmaterial genom fast-vätske-gas Integrated Interface Engineering
Författarejaginformation andAartikelSummary
År 2022 utvecklade ett team under ledning av professor Peng Dongliang och forskaren Xie Qingshui från Xiamen University en metod för integrerad ytmodifiering av fast flytande gas, som introducerade CEI-förstrukturskikt och defekt heterostruktur på ytan av litiumrikt manganbaserat katodmaterial (LRM), vilket förbättrade materialets cykelstabilitet avsevärt. Detta arbete har öppnat upp en ny idé för att reglera stabiliteten hos LRM-ytan och gränssnittet, vilket spelar en viktig roll i utvecklingen av litiumjonbatterier med hög energidensitet. Professor Peng Dongliang och specialforskaren Xie Qingshui från School of Materials, Xiamen University är motsvarande författare till denna artikel, och Guo Weibin, en doktorand från School of Materials, Xiamen University, är den första författaren till denna artikel.
Provberedning och testning
1. Framställning av initialt litiumrikt manganbaserat katodmaterial PLRM;
2. Framställning av litiumrikt mangankatodmaterial DLRM assisterat av dimetyloxalat (DMO);
3. Testobjekt: kompositionsanalys, kristallstrukturanalys, morfologianalys, elektrokemisk prestandaanalys, DFT-beräkning, elektrodresistansanalys (BER1300-IEST), gasproduktionstest på plats av mjuk packad elektrisk kärna (GVM2200-IEST), etc.
Resultatanalys
Som visas i figur 1 fann författaren att efter DMO-assisterad yta/gränssnittsmodifiering av LRM, kan enhetligt CEI-förstrukturskikt och defekt heterostruktur bildas på ytan av LRM-sekundära partiklar och ytan/gränssnittet av interna primära partiklar. CEI-förstrukturskiktet innehåller C2O4H2-gruppen, och de defekta heterostrukturerna inkluderar litiumdefekter, syrevakanser, spinell/skiktade heterostrukturer, TM-vakanser, staplingsfel, etc.
Figur 1. Schematiskt diagram över ytmodifieringsmetod för integrering av fast flytande gas och morfologi och mikrostruktur för modifierad LRM
Genom att jämföra materialens elektroniska resistans på elektrodskivsnivån före och efter modifiering (fig. 2), kan det konstateras att elektrodskivans resistans för DLRM är mindre än PLRM, och jonöverföringsresistansen Rct för den initiala DLRM är också mindre än PLRM; Efter 500 cykler vid 1C var Rct-tillväxten för DLRM också betydligt mindre än den för PLRM. Genom att analysera orsakerna tillskrivs minskningen av Rct huvudsakligen närvaron av defekta heterostrukturer på ytan, såsom litiumvakans, syrevakans och TM-vakans, vilket kommer att minska diffusionsbarriären för Li+, medan spinell/skiktade heterostrukturer kan förbättra elektronisk konduktivitet och ger en snabb tredimensionell diffusionskanal för Li+, så DLRM har bättre förstoringsförmåga.
Genom att analysera provets morfologi efter cirkulation finns det ett tjockt, grovt och sprucket CEI-skikt på ytan av PLRM-partiklar efter cirkulation, medan CEI-skiktet på ytan av DLRM uppenbarligen är tunt och enhetligt, vilket indikerar att det konstruerade CEI-skiktet förstrukturskikt och defekt heterostruktur kan effektivt bromsa korrosionen av elektrolyten på materialytan och undvika vissa sidoreaktioner av elektrolyten. För att bekräfta graden av sidreaktion hos de två materialen utfördes volymförändringstestet in situ på det mjuka enskiktsbatteriet som satts ihop av de två materialen (fig. 3). Volymförändringen under den första cykelns laddningsurladdningsprocess orsakas huvudsakligen av aerob nederbörd och gränsytans sidreaktion. Jämför volymförändringen av de två typerna av elektriska kärnor,
Figur 2. LRM-elektrodresistans och EIS-impedanstestresultat före och efter modifiering
Figur 3. In situ volymtestresultat av mjuk packad elektrisk kärna av LRM före och efter modifiering
De elektrokemiska prestandatestresultaten visar (fig. 4) att jämfört med PLRM minskar den laddningsspecifika kapaciteten för den modifierade DLRM medan den urladdningsspecifika kapaciteten ökar. Detta beror främst på att den modifierade DLRM tar bort den kvarvarande litiumkällan på materialets yta och bildar litiumdefekter och spinellstrukturer på ytan, vilket effektivt förbättrar materialets ytstabilitet och därmed erhåller en hög första coulomb-effektivitet. Dessutom visar DLRM bättre förstoringsprestanda och cykelstabilitet. Efter 500 cykler vid 1C kan kapacitetsretentionsgraden för DLRM fortfarande nå 83,3 %, vilket är betydligt högre än 72,9 % av PLRM.
Figur 4. Elektriska prestandatestresultat av LRM före och efter förbättring
Sammanfattning
Sammanfattningsvis användes DMO-assisterad metod för ytmodifiering av fast flytande gasintegration för att introducera CEI-förstrukturerat skikt och defekt heterostruktur på ytan av litiumrikt manganbaserat katodmaterial (LRM), vilket effektivt förbättrade yt- och strukturstabiliteten hos LRM, och därmed förbättrade dess omfattande elektrokemiska prestanda. Detta arbete tillhandahåller en enkel metod för att förbättra cykelstabiliteten hos skiktade katodmaterial, vilket förväntas användas för industriell produktion.
Original dokumenten
Weibin Guo, Yinggan Zhang, Liang Lin, Wei He, Hongfei Zheng, Jie Lin, Baisheng Sa, Qiulong Wei, Laisen Wang, Qingshui Xie och Dong-Liang Peng. Förbättra cykelstabiliteten i Li-rika Mn-baserade katodmaterial genom solid- vätske-gas integrerad gränssnittsteknik. Nano Energy 97 (2022) 107201.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107201
IEST-relaterad testutrustningsrekommendation
Utrustning I:
Motståndsmätare för elektrodskivor: Modell BER1300 (IEST), som använder dubbelplanskontrollerbar spänningsskivelektrodresistansmetod, har följande egenskaper:
1. Separera spännings- och strömledningar, eliminera induktansens inverkan på spänningsmätning och förbättra detekteringsnoggrannheten;
2. Skivelektroden med en diameter på 14 mm säkerställer en relativt stor kontaktyta med provet och minskar testfelet;
3. Mät direkt det longitudinella penetrationsmotståndet för det verkliga elektrodstycket, det vill säga summan av beläggningsresistans, beläggnings- och kollektorvätskekontaktmotstånd och kollektorvätskemotstånd;
4. Den kan övervaka förändringarna av elektrodplåtmotstånd, elektrodplåttjocklek och elektrodplåttrycktäthet med tryck i realtid;
5. Det applicerade trycket kan kontrolleras noggrant för att säkerställa konsistensen av testdata;
Utrustning2:
In-situ gasproduktionsvolymmonitor: modell GVM2200 (IEST), med följande funktioner:
1. Elektromekaniskt koncentriskt testsystem: långvarig in-situ onlineövervakning med hög upplösning μ L；
2. Förverkliga olika temperaturtestmiljöer: 20~85 ℃;
3. Speciell testmjukvara: samla in och visa data från det mekaniska testsystemet i realtid och rita automatiskt volymförändringskurvan och den elektriska prestandakurvan;
