Basé dans l'électronique grand public, les véhicules électriques et même tirée par la demande pour les réseaux électriques et d'autres domaines pour améliorer la densité énergétique des batteries au lithium-ion modernes sont généralement conçus pour fonctionner un bas de fenêtre large électrochimique pour obtenir une densité énergétique maximale.
Bien que le potentiel au-delà des limites de la batterie de coupure peut fournir une densité énergétique plus élevée tout en augmentant la capacité et supérieure à la tension de sortie, mais il fait également des batteries face à de plus grands défis dans la stabilité thermodynamique et cinétique. En particulier pour les oxydes de métaux de transition de lithium en couches, en utilisant une fenêtre électrochimique plus large, bien que la capacité peut être augmentée, mais la stabilité a diminué.
Dans le domaine des matériaux de recherche, en raison de problèmes d'instabilité électrode Harcelante, l'électrolyte et le développement de leurs interfaces, donc en fonctionnement extrême tension aura un énorme défi. Lorsque les électrodes et l'électrolyte en contact, l'interface peut commencer à dégénérer, afin de maintenir une longue durée de vie, une conception stable de la couche d'interface est nécessaire. Accumulée à l'interface des sous-produits conduira à une plus grande résistance, ce qui peut éventuellement conduire à une défaillance de la batterie.
Dans la zone positive, car il est devenu un facteur important dans la stabilité des limites de fonctionnement en toute sécurité de la batterie pendant des décennies, de sorte que le développement d'une couche limite stable au cours des dernières années est devenue de plus en plus importante. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé un certain nombre de méthodes, cependant, en mesure de répondre à toutes les exigences principales comprennent, couche d'interface électrochimiquement inactif, la stabilité chimique, conductivité lithium-ion, haute ne semble toujours pas uniformément distribués.
Récemment, le professeur Yi Cui et al de l'Université de Stanford en utilisant le dépôt de couche atomique LiAlF4 un film solide ayant une stabilité satisfaisante et une conductivité ionique élevée, des performances supérieures de ce matériau est généralement utilisé dans la préparation LiF et AlF3. LiAlF4 prédit fenêtre électrochimique stable est d'environ 2,0 ± 0,9 à 5,7 ± 0,7 V vs Li + / Li.
Pendant ce temps, une haute teneur en Ni et l'électrode composite couche d'interface LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 LiAlF4 pour atteindre une excellente stabilité à 2,75 à 4,50 V par rapport à Li + / Li Cette fenêtre large électrochimique.
Un composé contenant du lithium et la fenêtre de stabilité critères de sélection
(A) calculé Li3N, Li2O, LiF, LiAlO2, Li3PO4 et fenêtre électrochimique stable LiAlF4
(B) une partie des critères de sélection des matériaux interface (stabilité chimique, la stabilité électrochimique, la conductivité ionique de lithium)
2 LiF, AlF3 et LiAlF4 de carte SEM
(A-c) LiF, AlF3, et LiAlF4 cycles ALD correspondant au nombre de différentes épaisseurs de film
(D-f) dans l'image SEM de la pellicule de dépôt de couches atomiques de surface plaquette de silicium LiF, AlF3, et LiAlF4; illustration est un dépôt de couche atomique surface plaquette silicium LiF, vue en coupe transversale AlF3, et le film LiAlF4.
3 LiF, AlF3, et la figure XPS LiAlF4
XPS de LiF (a) Préparation d'ALD, AlF3, et le film LiAlF4
LiAlF4 profondeur de coupe du film (b) Préparation de l'ALD.
(C-e) LiF, AlF3, et Li pic film LiAlF4, les pics d'Al, et le pic de F XPS Fig.
Film figure 4 LiAlF4 EIS
(A) impédance LiAlF4 différentes épaisseurs de film à la température ambiante, les caractéristiques d'impédance des illustrations fournies
(B) une spectroscopie d'impédance figure agrandie, illustration d'un circuit équivalent
(C) des caractéristiques d'impédance à différentes températures
(D) le film LiAlF4 et la dépendance à la température de la conductivité et la conductivité d'ions de lithium préparée en utilisant la figure LiF et l'évaporation du film AlF3 ont été rapportés, les membranes LiAlO2 préparé dépôt de couche atomique et le film LiPON
5 LiAlF4, LiF, AlF3, et un grossissement et une tension - Capacité figure.
(A) ont été ALD 20 cycles sur l'électrode NMC-811 LiAlF4, LiF, AlF3, et des électrodes NMC-811 ne sont pas déposées à la capacité de débit d'origine de la fenêtre électrochimique de 2,75 à 4,50 V par rapport à Li + / Li à la température ambiante
LiAlF4, LiF, AlF3, et NMC-811 ne sont pas électrode déposée (b, c) sont ALD 20 cycles sur NMC-811 figures de tension d'électrode et de la capacité. 5 et 35 cycles
6 impédance de boucle LiAlF4, capacité - caractéristique de tension
NMC-811 électrode inférieure (a) à la température ambiante fenêtre électrochimique de 2,75 à 4,50 V par rapport à Li + / Li et les ALD 20 cycles de dépôt non réalisée sur NMC-811 caractéristiques de cycle LiAlF4 d'électrodes
(B, C) NMC-811 et des électrodes déposées ne sont pas ALD 20 cycles réalisée sur électrode NMC-811 LiAlF4 à 1 cycle, 10, 25 et 50 après que les caractéristiques d'impédance secondaire
(D) NMC-811 et des électrodes déposées ne sont pas ALD 20 cycles réalisée sur l'électrode LiAlF4 NMC-811 après 2 cycles, la tension et de la capacité 50 fois FIG.
(E) NMC-811 et des électrodes déposées ne sont pas LiAlF4 ALD 20 cycles réalisés sur NMC-811 après l'amélioration de la température de l'électrode caractéristiques de cycle (50 ) à 2,75 à 4,50 V par rapport à Li + / Li. Fenêtre Electrochemical
[Résumé]
Les chercheurs ont conçu et synthétisé en utilisant le dépôt de couches atomiques a une conductivité ionique élevée et stable lithium LiAlF4 couche interfaciale d'un matériau appliqué à une batterie au lithium-ion électrode positive. Les résultats montrent que, sur une large fenêtre de fluorure électrochimique est thermodynamiquement stable couche interfaciale. Stable et ayant une conductivité élevée au lithium-ion de la couche d'interface peut améliorer la stabilité de la teneur élevée en Ni de l'électrode et NMC-811 sans les performances de taux de perte.
Si le matériau raisonnable conçu pour présenter une interface stable entre l'électrode et le matériau d'électrolyte, il a une densité d'énergie élevée, une durée de vie plus longue d'une batterie au lithium-ion peut avoir d'autres applications, telles que l'électronique grand public, véhicules électriques et même les réseaux électriques.
