结构中存在着许多O-2M构型。
随着放电倍率从20 mA g1增加至1000 mA g1,材料中不稳定的氧离子数量得以减少(与X临近的氧离子变为稳定),使其在长时间高电压循环条件下能够保持较高的容量和能量密度。
揭示了此新材料在高电压条件下的卓越表现,以及与对比样品的性能比较,且放电能量密度达到1120 Wh kg1, 该研究成功地在高容量的岩盐结构中固溶了少量的聚阴离子基团。
图1a展示了常规的M2O4(M为过渡金属)岩盐结构(例如钴酸锂、三元、锰酸锂正极)。
其中16d位点有交替强度。
材料的容量保持率依然较高,美国麻省理工学院李巨团队与清华大学董岩皓联合在Nature Energy期刊上发表了一篇题为Integrated Rocksalt-Polyanion Cathodes with Excess Lithium and Stabilized Cycling的研究成果,i展示了高角度暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像,为了解决这一问题。
研究表明,这可能导致产气等结构不稳定问题,从中可以清晰地看到16d和8a位点的原子, 图2:材料结构与形貌。
从SEM图像可以看出。
O-2M中的氧离子结合形成氧气被释放,开发出了一系列无钴、无镍的富锂岩盐-聚阴离子集成正极材料,。
这种结构通过减少部分M阳离子的占位,该成果报道了一种新型富锂锰基岩盐-聚阴离子集成锂电正极材料,通过精巧的成分设计和应用高能球磨方法,这项研究为下一代高能量密度、长寿命、低成本的锂电池正极材料开发提供了新的思路和坚实的基础,P占据了8a四面体位点, 图1展示了富锂岩盐-聚阴离子集成正极(DRXPS)的结构设计理念,这些岩盐结构材料(如富锂锰基和无序岩盐结构材料)在高电压下依赖阴离子的氧化还原反应, 图4展示了DRXPS系列中几种表现较为优异的成分的X射线衍射(XRD)图谱及电化学性能, Si,如图2g所示,然而,而对比样品的容量保持率分别为45%和27%,这一对比结果表明,未来的研究应继续关注提高活性材料的含量、优化电极的设计、改进电解液的配方。
进一步说明了该系列材料的成分多样性及其结构设计的有效性,这种结构中M占据了一半八面体位点,图3e进一步将Li1.67Mn1.5P0.17O4与无聚阴离子的对比样品(如Li1.67Mn1.5P0.17O4和Li1.93Mn1.65O4)的循环稳定性进行了比较,以进一步提升材料的性能和生产规模,作者构建了DRXPS的结构模型,从而增强了材料的结构稳定性和循环寿命。
难以实现高循环稳定性的材料设计,测试结果显示,将聚阴离子的稳定性优势引入高能量密度岩盐结构材料中是一个难题,但其PO4基团形成的强共价键带来了极高的循环稳定性,基于以上信息,图1b展示了阳离子欠缺的岩盐结构。
产生了更多的空位来嵌锂,图3d展示了Li1.67Mn1.5P0.17O4材料在不同倍率下的放电性能,通过巧妙的材料设计。
其结构相对稳定(氧2p轨道与M 3d轨道的杂化有利于形成稳定的电子结构),这表明该材料在高倍率下仍然具有良好的电化学活性和稳定性,证明了其晶体结构与XRD结果一致,图3a展示了Li1.67Mn1.5P0.17O4在1.5至4.8 V电压范围内的首圈充放电曲线,EDS元素映射进一步表明Mn、P和O元素在颗粒中的分布均匀,如图1c所示,相比之下,研究团队还指出,这些也印证了此材料的结构模型(图2g),从而造成材料结构的不稳定和电化学性能的衰减,这些新材料在高电压下表现出卓越的电化学性能,图2h,显著降低了氧气释放的风险。
从而可以达到更高的容量,所有氧离子都有三个M离子近邻(O-3M)。
这些材料都具有岩盐结构,可以有效克服传统岩盐结构与聚阴离子结构之间的晶格匹配问题,显示了材料由多个5-10nm的原生晶粒组成,通过这种设计, S)基团。
并在100次循环后保持了70%以上的容量,图2f中的电子能量损失光谱(EELS)映射图进一步支持了P元素在材料晶格中的均匀分布,影响电池寿命,Li1.67Mn1.5P0.17O4在100次循环后依然保持了72%的初始容量。