高電圧スピネルリチウムイオン電池の正極の相分離とは？

高電圧アノードリチウムイオン電池のスピネルリチウムニッケルマンガン酸に代表されるものは、大容量、低コスト、環境への危険性が小さく、電池業界で認められるなどの強力な利点の安全性を備えています。基本的な理論の観点から考えると、この材料を根本的に解決するための電極の固相分離を深く理解することは、固有の欠陥の安定性にとって非常に重要です。実用的な観点から、多孔質複合電極の実際の挙動における相分離、ニッケルとマンガン酸リチウムのサイズ効果、結晶と表面パッシベーション膜の相関マッチングの調整と制御は、組み合わせの基礎研究と実用化です。理想的な方法。ただし、アイデアは、高度な特性評価方法で実現できるものでなければなりません。

カナダの光源エネルギー貯蔵グループZhouJi Gang Dr. WangとXiamen、化学イメージングラインは技術の非常に緊密な准教授であり、ハルビン工業大学のHaitao Fang教授は緊密な協力関係にあり、要素と選択性、透過の化学および電子構造感度で革新的ですX-多孔質電極の相分離挙動を研究するために使用される光線走査顕微鏡法（STXM）。複雑な複合電極の作業サイクルによって初めて、ナノスケールの可視化の相分離現象のさまざまな相関関係を長期間保存した後の研究者。相分離後の電極は、予測よりも均一ではありません。これは均一性ではなく、スピネルのサイズ、結晶構造、表面の不動態化には密接な相関関係があります。

この研究は、相分離の急速充電と放電にのみ存在すると伝統的に考えられていた均一性が、ほぼ定常状態の応答の条件下で達成できることを初めて発見しました。相分離の重要な電極プロセスをさらに理解するための発見は非常に重要です。この方法は、他の電極システムに拡張して、反応メカニズム、減衰メカニズムなどを研究するために使用できます。

相分離イメージングは、フィッティングの単相スペクトル分解を使用して、各ピクセル要素の吸収スペクトルに対して行われます。この作業は、各単相の主成分分析（PCA）に基づいています（Ni4に対応する完全に帯電した相、Ni3 + +の対応物、Ni2 +還元相は完全に復元する相に対応します）。PCAを使用すると、人為的エラーを回避でき、外部標準スペクトルが導入されます。 、したがって、イメージングの相分離を取得すると、より正確で信頼性が高くなります。図cは、PCAを使用して3種類の対応するNi吸収スペクトルを取得するためのものです。図bの相分離の不均一性の高さは、電極の厚さ方向の最初の相分離が不均一であることがわかります。第二に、相分離は単一の電極粒子内に存在します。分布は電極粒子ごとに異なり、粒子の形態、サイズはすべて相分離に影響を及ぼします。

著者は、完全に復元する相（Ni2 +）の大部分が電極粒子の表面に存在し、完全な電極Ni2 +相粒子のみが存在するが、そのスペクトルと形態は電極表面のNi2 +相で異なることを発見しました。粒子。結果は、生成された表面パッシベーション層の充電および放電サイクル中に、Ni2 +の表面が高電圧アノードを備えている必要があることを示しています。彼らは、さらなる観察を通して、より大きな粒子が、フルチャージ内で電極パッシベーション電極粒子の表面を十分に保護できることを発見した。繰り返しますが、この分離は均一ではなく、遅い実験条件下で達成されます。したがって、反応熱力学の動作は、表面欠陥、元素偏析などを含む電極粒子の固有の特性に依存する必要があります。ChemicalCommunicationsに公開された関連研究。

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