Considere la mejora de la estabilidad cíclica en materiales catódicos basados en manganeso ricos en litio mediante ingeniería de interfaz integrada sólido-líquido-gas
Apreciación de la literatura: tome la mejora de la estabilidad cíclica en materiales de cátodo basados en manganeso ricos en litio mediante ingeniería de interfaz integrada sólido-líquido-gas
AutorIinformacion unDakota del NorteAartículoSresumen
En 2022, un equipo dirigido por el profesor Peng Dongliang y el investigador Xie Qingshui de la Universidad de Xiamen desarrollaron un método de modificación de superficie integrado de gas líquido sólido, introduciendo una capa de preestructura CEI y heteroestructura defectuosa en la superficie de material de cátodo basado en manganeso rico en litio (LRM), que mejorado significativamente la estabilidad del ciclo del material. Este trabajo ha abierto una nueva idea para regular la estabilidad de la superficie y la interfaz LRM, que juega un papel importante en el desarrollo de baterías de iones de litio de alta densidad de energía. El profesor Peng Dongliang y el investigador especial Xie Qingshui de la Escuela de Materiales de la Universidad de Xiamen son los autores correspondientes de este artículo, y Guo Weibin, estudiante de doctorado de la Escuela de Materiales de la Universidad de Xiamen, es el primer autor de este artículo.
Preparación y análisis de muestras
1. Preparación de material de cátodo basado en manganeso rico en litio inicial PLRM;
2. Preparación de material de cátodo de manganeso rico en litio DLRM asistido por oxalato de dimetilo (DMO);
3. Elementos de prueba: análisis de composición, análisis de estructura cristalina, análisis de morfología, análisis de rendimiento electroquímico, cálculo de DFT, análisis de resistencia de electrodo (BER1300-IEST), prueba de producción de gas in situ de núcleo eléctrico empaquetado blando (GVM2200-IEST), etc.
Análisis de resultados
Como se muestra en la Figura 1, el autor descubrió que después de la modificación de superficie/interfaz asistida por DMO de LRM, se puede formar una capa de preestructura CEI uniforme y una heteroestructura defectuosa en la superficie de las partículas secundarias de LRM y la superficie/interfaz de las partículas primarias internas. La capa de preestructura CEI contiene el grupo C2O4H2, y las heteroestructuras defectuosas incluyen defectos de litio, vacantes de oxígeno, heteroestructuras de espinela/en capas, vacantes de TM, fallas de apilamiento, etc.
Figura 1. Diagrama esquemático del método de modificación de superficie para la integración de gas líquido sólido y morfología y microestructura de LRM modificado
Al comparar la resistencia electrónica de los materiales al nivel del segmento del electrodo antes y después de la modificación (Fig. 2), se puede encontrar que la resistencia del segmento del electrodo del DLRM es menor que la del PLRM, y la resistencia de transferencia de iones Rct del DLRM inicial es también menos que PLRM; Después de 500 ciclos a 1C, el crecimiento Rct de DLRM también fue significativamente menor que el de PLRM. Analizando las razones, la reducción de Rct se atribuye principalmente a la presencia de heteroestructuras defectuosas en la superficie, como vacancia de litio, vacancia de oxígeno y vacancia de TM, que reducirán la barrera de difusión de Li+, mientras que las heteroestructuras espinela/laminadas pueden mejorar la conductividad electrónica y proporciona un canal de difusión tridimensional rápido para Li+, por lo que DLRM tiene una mejor capacidad de aumento.
Al analizar la morfología de la muestra después de la circulación, hay una capa de CEI gruesa, áspera y agrietada en la superficie de las partículas de PLRM después de la circulación, mientras que la capa de CEI en la superficie de DLRM es obviamente delgada y uniforme, lo que indica que el CEI construido La capa previa a la estructura y la heteroestructura defectuosa pueden ralentizar eficazmente la corrosión del electrolito en la superficie del material y evitar algunas reacciones secundarias del electrolito. Para confirmar el grado de reacción secundaria de los dos materiales, se realizó la prueba de cambio de volumen in situ en la batería de paquete blando de una sola capa ensamblada por los dos materiales (Fig. 3). El cambio de volumen durante el proceso de descarga de carga del primer ciclo es causado principalmente por la precipitación aeróbica y la reacción lateral de la interfaz. Comparando el cambio de volumen de los dos tipos de núcleos eléctricos,
Figura 2. Resultados de la prueba de resistencia del electrodo LRM e impedancia EIS antes y después de la modificación
Figura 3. Resultados de la prueba de volumen in situ del núcleo eléctrico de empaque blando de LRM antes y después de la modificación
Los resultados de la prueba de rendimiento electroquímico muestran (Fig. 4) que, en comparación con el PLRM, la capacidad específica de carga del DLRM modificado disminuye mientras que la capacidad específica de descarga aumenta. Esto se debe principalmente a que el DLRM modificado elimina la fuente de litio residual en la superficie del material y forma defectos de litio y estructuras de espinela en la superficie, lo que mejora efectivamente la estabilidad superficial del material, obteniendo así una alta eficiencia de primer culombio. Además, DLRM muestra un mejor rendimiento de aumento y estabilidad del ciclo. Después de 500 ciclos a 1C, la tasa de retención de capacidad de DLRM aún puede alcanzar el 83,3 %, que es significativamente más alta que el 72,9 % de PLRM.
Figura 4. Resultados de la prueba de rendimiento eléctrico de LRM antes y después de la mejora
Resumen
En resumen, se utilizó el método de modificación de superficie de integración de gas líquido sólido asistido por DMO para introducir una capa preestructurada de CEI y heteroestructura defectuosa en la superficie de material de cátodo basado en manganeso rico en litio (LRM), mejorando de manera efectiva la estabilidad de la superficie y la estructura de LRM, mejorando así su rendimiento electroquímico integral. Este trabajo proporciona un método simple para mejorar la estabilidad del ciclo de materiales de cátodo en capas, que se espera que se aplique a la producción industrial.
Documentos originales
Weibin Guo, Yinggan Zhang, Liang Lin, Wei He, Hongfei Zheng, Jie Lin, Baisheng Sa, Qiulong Wei, Laisen Wang, Qingshui Xie y Dong-Liang Peng Mejora de la estabilidad cíclica en materiales catódicos basados en manganeso ricos en litio mediante sólidos ingeniería de interfaz integrada líquido-gas Nano Energy 97 (2022) 107201.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107201
Recomendación de equipos de prueba relacionados con IEST
Equipo I:
Medidor de resistencia de lámina de electrodo: el modelo BER1300 (IEST), que adopta el método de resistencia de electrodo de disco de voltaje controlable de doble plano, tiene las siguientes características:
1. Separe las líneas de voltaje y corriente, elimine la influencia de la inductancia en la medición del voltaje y mejore la precisión de detección;
2. El electrodo de disco con un diámetro de 14 mm asegura un área de contacto relativamente grande con la muestra y reduce el error de prueba;
3. Mida directamente la resistencia de penetración longitudinal de la pieza de electrodo real, es decir, la suma de la resistencia del revestimiento, la resistencia de contacto del fluido del revestimiento y del colector, y la resistencia del fluido del colector;
4. Puede monitorear los cambios en la resistencia de la hoja de electrodos, el grosor de la hoja de electrodos y la densidad de presión de la hoja de electrodos con presión en tiempo real;
5. La presión aplicada se puede controlar con precisión para garantizar la consistencia de los datos de prueba;
Equipo2:
Monitor de volumen de producción de gas in situ: modelo GVM2200 (IEST), con las siguientes características:
1. Sistema de prueba concéntrico electromecánico: monitoreo en línea in situ a largo plazo con alta resolución μ L;
2. Realice diferentes entornos de prueba de temperatura: 20 ~ 85 ℃;
3. Software de prueba especial: recopile y muestre los datos del sistema de prueba mecánica en tiempo real y dibuje automáticamente la curva de cambio de volumen y la curva de rendimiento eléctrico;
