a Caractérisation structurelle du matériau cathodique LirNMC par XRD et raffinement Rietveld. Le graphique en médaillon montre l'image SEM des particules LirNMC. b Profil de charge-décharge et données de cycle électrochimique de LirNMC | |Li métal demi-cellule. c Rendu tridimensionnel de l'électrode composite et vues agrandies de quelques particules de cathodes LirNMC choisies arbitrairement (panneaux I, II, et III). La séparation cœur/multi-coquilles à mésoéchelle est clairement visible dans toutes les particules. À partir de : stratification de valence dépendante de la profondeur entraînée par l'oxydoréduction d'oxygène dans un oxyde en couches riche en lithium
Une équipe de scientifiques de l'installation de rayonnement synchrotron de Pékin à l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences, la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford au SLAC et le laboratoire national de Brookhaven ont utilisé la spectrotomographie à nano-résolution basée sur le synchrotron pour étudier un matériau typique de nickel-manganèse-cobalt (LirNMC) riche en lithium (c. Li
Cette étude, Publié dans Communication Nature , révèle que l'oxydoréduction de l'oxygène induit la stratification de la valence des métaux de transition en fonction de la profondeur dans LirNMC.
En tant que dispositif de stockage d'énergie à haute efficacité, la batterie Li-ion est largement utilisée dans les appareils électroniques et les véhicules électriques. La communauté des chercheurs a consacré beaucoup d'efforts à l'amélioration des performances électrochimiques.
La cathode en couches LirNMC est l'un des candidats prometteurs pour la batterie Li-ion en raison de sa densité d'énergie plus élevée. Cependant, il souffre d'une chute de tension lors du cyclage. Pour surmonter ce problème, il est nécessaire de comprendre le mécanisme de cet évanouissement de tension.
Dans cette étude, l'équipe a utilisé la spectro-tomographie à nano-résolution pour étudier le matériau LirNMC au niveau des particules en trois dimensions. Cela a permis de visualiser la morphologie multicouche unique du matériau avec une composition homogène, et la dépendance à la profondeur induite par la charge de la distribution de valence des métaux de transition.
Les résultats de la diffusion des rayons X inélastique par résonance des rayons X mous (RIXS) et du rendement de fluorescence super partielle (sPFY) ont clairement montré des caractéristiques d'oxydoréduction d'oxygène dans l'échantillon chargé (4,8 V dans le premier cycle). Bien que l'activité de l'oxygène puisse augmenter la capacité de la cathode, il générera une lacune d'oxygène autour des cations de métaux de transition et diminuera leurs valences. C'est pourquoi la valence du métal de transition du LirNMC a un profil de profondeur très différent de celui du NM conventionnel à l'état chargé.
Cette étude met en évidence l'importance de l'ingénierie des matériaux au niveau des particules et d'une stratégie d'ingénierie compositionnelle dépendante de la profondeur, ce qui pourrait être un moyen viable de résoudre le problème d'évanouissement de la tension dans les cathodes LirNMC.
