锂过量的无序岩盐氧化物为寻找高容量正极开辟了新方向,产生了大量具有多种元素组成的新材料。不幸的是,容量的增加与许多问题有关,对加工条件的敏感性、电压滞后、过渡金属迁移、表面无序以及晶格氧的不可逆释放是实现稳定无序岩盐材料的主要障碍。有鉴于此,德国亥姆霍兹研究所Maximilian Fichtner等人介绍了W6+作为可能的电荷补偿剂,并探索了根据渗流理论概念合理开发的固溶体系列Li1+x/100Ni1/2−x/120Ti1/2−x/120Wx/150O2(x=0、5、10、15、20)无序岩盐氧化物的性能。
本文要点:
1)与渗流理论一致,比容量随着过量锂含量的增加而增加,但容量保持能力随之降低。具体而言,Li1.2Ni1/3Ti1/3W2/15O2的首次充电容量为246 mAh g-1,超过了理论上的过渡金属氧化还原容量。
2)为了了解这种特殊性,研究人员使用X射线吸收光谱、X射线光电子能谱、密度泛函理论计算和差分电化学质谱来表征镍、钛、钨和氧的氧化还原机理。结果证明,Li1.2Ni1/3Ti1/3W2/15O2的析氧反应主要发生在4.4 V vs. Li+/Li,但化学计量学的LiNi0.5Ti0.5O2却没有发生。氧的氧化会引起阴离子骨架的不稳定,导致氧的损失,从而导致严重的容量衰退,并观测到电压滞后现象。
这些发现为开发和设计新型高容量锂过量镍基正极材料提供了重要的启示。
Musa Ali Cambaz, et al. Understanding the origin of higher capacity for Ni-based disordered rock-salt cathodes. Chem. Mater. 2020.
DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b05285
https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b05285

