色哟哟视频在线观看-色哟哟视频在线-色哟哟欧美15最新在线-色哟哟免费在线观看-国产l精品国产亚洲区在线观看-国产l精品国产亚洲区久久

0
  • 聊天消息
  • 系統消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發帖/加入社區
會員中心
創作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內不再提示

如何用NMR技術開發和優化正極材料以獲得高性能鋰離子電池

清新電源 ? 來源:清新電源 ? 作者:Clare P. Grey教授 ? 2022-11-07 10:01 ? 次閱讀

研究背景

鋰離子電池(LIBs)不僅可以用于電動汽車等日常生活,還可用于電網級規模化儲能,將對發展可持續能源方面起到關鍵作用。為確保鋰離子電池更有競爭力,其必須具備低成本、高安全、可持續、長壽命以及高容量等特點。目前,高容量,長壽命和低成本電池的主要瓶頸在正極材料,所以需要開發和優化正極材料以獲得高性能鋰離子電池。

過渡金屬層狀氧化物(LiTMO2,TM為過渡金屬元素)是目前最有前途的正極材料之一,其結構為邊緣共享的TMO6八面體排列成“TMO2”層,層間為Li+,可分為O3、P2(層堆垛方式不同)等不同晶型。為探究LiTMO2電化學性能,需要研究其在電化學過程中發生的整體和局部結構變化,從而可以清楚了解電化學過程中發生的氧化還原反應過程和相變情況,現有常見表征手段主要包括:原位/非原位XRD、XPS、XAS以及計算等。最近,對材料局部結構的解析中也使用了固態核磁共振光譜(SSNMR)技術。17O NMR被證明是材料化學中非常重要的表征技術,但在鋰離子電池正極材料中使用17O NMR的研究卻相對較少。因此,在本文中作者對17O NMR技術在鋰離子電池正極材料中的應用進行介紹,并對其未來發展提出了重要建議。

成果簡介

近期,劍橋大學Clare P. Grey教授在JACS上發表了題為“17O NMR Spectroscopy in Lithium-Ion Battery Cathode Materials:Challenges and Interpretation”的綜述文章,概述了如何使用17O NMR來解析鋰離子電池正極材料的初始結構及其在循環過程中結構演變規律,從而可以深入了解如何將17O NMR技術應用到鋰離子電池領域。同時,作者還介紹了利用17O NMR技術來分析富鋰正極材料由于陰離子氧化還原帶來的高容量及其電荷補償機制,并為未來使用17O NMR技術研究正極材料提出重要建議。

圖文導讀

1、17O NMR技術介紹。

17O是氧的唯一NMR活性核,在0.037 %天然豐度下,通常需要富集以實現良好信噪比,富集過程成本高,因此需要科學使用17O NMR技術。小規模(小于100 mg)制備鋰離子電池正極材料(氧富集)也具有挑戰性,需要進一步優化工藝。

15898cea-5e2e-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

圖1.NMR中超精細相互作用的說明。

(1)17O NMR中主要相互作用力

主要包括:(1)化學位移。由原子核周圍電子屏蔽所施加的磁場引起,17O范圍很大(-100 ppm~2500 ppm),盡管由于存在順磁中心,化學位移很少主導LiTMO2正極中觀察到17O位移,但在順磁體系中仍可能需要考慮;(2)超精細位移。未配對電子密度與核自旋之間的超精細相互作用通常會導致快速核弛豫時間,信號寬,且幅度較大,為了減輕超精細相互作用的影響,優選低磁場強度;(3)四極相互作用。17O NMR光譜由于17O的強四極性質而變得復雜,由四極耦合常數CQ量化,四極和超精細相互作用都有助于觀察到共振的廣度,額外的展寬來自局部環境的分布(局部鍵角和長度分布)。

(2)17O核磁共振參數的計算

為了幫助解釋17O核磁共振,可以計算化學位移、超精細位移和四極張量等參數。由于3dTM體系中的電子相關性很強,因此在順磁系統(正極材料)中計算這些參數并不簡單,盡管具有挑戰性,但對于一系列材料,LIBs的四極和超精細NMR參數的計算已經成功完成。

2、17O NMR研究LIB正極的應用

盡管獲取和解釋光譜具有挑戰性,但17O NMR中富含相關材料的局部化學結構(通過其四極相互作用)和局部電子和磁性結構(通過超精細相互作用)的信息。作者介紹了一系列利用17O NMR對LIBs正極的研究,以及對Li[Ni0.8Co0.15Al0.05]O2的17O NMR的最新研究。每個案例都研究不同正極,旨在使用17O NMR來了解原始材料的局部結構和/或充電/放電過程中的結構演變規律。

15a9070a-5e2e-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

圖2.Li2MnO3的晶體結構和17O NMR光譜。

(1)17O NMR表征Li2MnO3材料

作者首先研究如何使用17O NMR來建立原始正極材料的化學結構和磁性,并說明成鍵途徑分析。2016年,Seymour等人首次通過17O NMR技術探索了Li2MnO3正極的局部O環境,并計算了17O位移。計算表明,C2/m和P3多晶型結構中的成鍵途徑移動均隨Mn-O距離而變化。通常,直接結合到O的單個Mn(鄰Mn)產生1000 ppm偏移,而間接結合到O的Mn(次鄰Mn)偏移~200 ppm,不同Mn的組合都會導致每個位點不同變化。基于這些鍵途徑,將兩個觀察到的峰分配給“有序(C2/m)結構”的Li2MnO3(晶體學上,被稱為4i和8j位點),都與Li層中的兩個Mn4+和一個Li+配位,但在層中不同的相對位置,其余三個被分配給“層錯(P3112)”結構中的O環境,稱為6c(1),6c(2) 和6c(3)。通過對比共振強度,確定了4i和8j位點的比為1:2,而層錯結構的比為11,與晶體結構一致。這項工作表明,17O NMR與從起始開始的鍵路徑計算相結合,可以識別局部環境中的缺陷結構和細微差異(TM-O距離和鍵角)。此外,作者還介紹了17ONMR在Li2RuO3和Li2CoO3等正極材料的相關研究。

15e03aa4-5e2e-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

圖3.LixCoO2的非原位17O NMR光譜。

(2)17O NMR作為非原位表征工具

由于NMR是一種非破壞性技術,僅使用低能射頻輻射,非常適合研究亞穩態化合物,例如電化學過程中的正極材料。為了理解LiCoO2(LCO)中發生的破壞性相變,Geng等人首次使用非原位17ONMR,與7Li和59Co NMR共同研究了LCO。原始LCO光譜在包括單一尖銳共振峰(636 ppm,Co3+-O2-),比順磁性正極材料更尖銳。當脫Li至Li0.5CoO2時,636 ppm處共振峰變寬且強度降低,這是由于形成順磁性Co4+中心而導致17O弛豫速率更快引起的,這種共振強度的損失是合理的,因為脫鋰反應是通過兩相反應形成第二個不同相O3met而發生。但通過將17O結果與7Li和59Co NMR的變化以及電化學分布相關聯,作者得出結論,無法觀察到來自金屬相O3met的17O信號,但可以觀察到7Li信號,是由于O2-轉移到Li核的超精細相互作用產生的位移。除了觀察充電過程中產生的不同環境外,作者還提取了有關四極相互作用信息,對研究層狀正極材料電荷補償機制具有重要影響。

160ad6a6-5e2e-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

圖4.Li1.2Ti0.4Mn0.4O2的非原位17O NMR光譜。

(3)17O NMR研究高容量富鋰材料

最后,作者介紹了使用17O NMR技術來研究通過陰離子氧化還原實現高容量的富鋰材料。Geng等人使用17O NMR開展了關于正極材料O-氧化還原活性的第一項研究。Li1.2Ti0.4Mn0.4O2(LTMO)是一種無序巖鹽,其中Li:TM比超過1,Li+取代TM中心,Li-O鍵提高O非鍵孤對能量,使這些電子可用于可逆氧化還原反應。為分析電荷補償方案,Geng等人通過17ONMR、7Li NMR和EPR來探究局部結構變化。初始LTMO具有加寬17O NMR光譜(550 ppm,Mn3+-O2-),嚴重寬化歸因于材料無序導致局部環境廣泛分布,及由于強順磁性Mn3+存在引起的快速核弛豫速率。對LTMO充電時,移動約780 ppm,放電時位移減小,但未恢復到與原始材料相同的位移,反映了在第一個充電放電周期中看到的滯后行為,表明陰離子氧化還原提供容量,但是可逆性較差。

總結與展望

17O核磁共振波譜是確定鋰離子電池正極材料局部結構的寶貴技術,能夠反應充電和放電過程中化學結構、相結構和電子結構的演變規律。在原始材料中,O以氧化物離子的身份存在,通常至少與一個高順磁性TM中心結合,從而產生強烈超精細相互作用,大位移和快速核弛豫。共振峰的強弱和寬度主要取決于超精細相互作用強度,17O核弛豫時間以及局部環境分布等。確定原始材料中O環境后,可以使用類似方法分析電化學過程中的結果,觀察到的共振峰寬度和弛豫時間有助于理解特定O環境。

未來研究中,17O NMR有望成為探究O氧化還原化學機制的有效手段,因為它可以提供一種非破壞性研究方法來分析O周圍局部化學環境。從這個角度來看,未來工作主要集中在如何顯示出充電結束時正極材料的17O NMR光譜。同時,隨新材料發現,可能找到包含較少順磁性離子和局部環境的系統,以增強17O信號,使低濃度O缺陷可見,從而簡化17O NMR分析過程。最終,可以獲得電池循環過程中電荷補償機制和正極結構演變的完整譜圖,解決這類材料在電化學過程中存在的爭議問題。

審核編輯:郭婷

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
  • 鋰離子電池
    +關注

    關注

    85

    文章

    3238

    瀏覽量

    77686

原文標題:Clare P. Grey院士JACS綜述:如何用NMR技術深度解析鋰電池正極材料?

文章出處:【微信號:清新電源,微信公眾號:清新電源】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

收藏 人收藏

    評論

    相關推薦

    鋰離子電池正極為什么用鋁箔負極用銅箔?

    ,導電性排名靠前的依次為銀銅金鋁。其中銀和金雖然導電性出色但由于其成本高昂并不適合大規模使用,而銅和鋁導電性也很好并且成本較低,這使得他們成為理想的集流體材料,因此被廣泛應用于鋰離子電池。 2-機械性能和穩定性 鋁箔和
    的頭像 發表于 12-17 10:10 ?159次閱讀
    <b class='flag-5'>鋰離子電池</b>的<b class='flag-5'>正極</b>為什么用鋁箔負極用銅箔?

    智能化進程中的鋰離子電池

    。1992年,鋰離子電池實現商品化。 ? 鋰離子電池 鋰離子電池是一種充電電池,它主要依靠鋰離子正極
    的頭像 發表于 12-06 10:45 ?268次閱讀

    鋰離子電池富鋰正極材料中摻雜位點的定量識別研究

    層和鋰層,這種不同的摻雜位點分布對材料的氧活性和電化學性能產生顯著影響。該研究不僅揭示了摻雜元素在LLOs中的分布規律,還為通過共摻雜策略優化LLOs的循環性能提供了新的思路,這對于提
    的頭像 發表于 12-05 09:39 ?262次閱讀
    <b class='flag-5'>鋰離子電池</b>富鋰<b class='flag-5'>正極</b><b class='flag-5'>材料</b>中摻雜位點的定量識別研究

    鋰離子電池的種類有哪些

    鋰離子電池的工作原理其實相當精妙。它主要由四大主材構成:正極材料、負極材料、電解液和隔膜。其中,正極和負極
    的頭像 發表于 10-16 14:22 ?305次閱讀
    <b class='flag-5'>鋰離子電池</b>的種類有哪些

    松下能源獲得CAMX Power最新GEMX?平臺的鋰離子電池正極活性材料使用許可

    獲得CAMX最新GEMX?平臺的鋰離子電池正極活性材料使用許可。 CAMX在其核心發明的基礎上建立了GEMX?平臺,現已在全球包括美國、歐盟、韓國、日本和中國在內的國家和地區
    的頭像 發表于 08-22 13:06 ?227次閱讀

    新能源行業鋰離子電池測試

    的影響至關重要。鋰離子電池內阻和直流電壓是衡量電池性能的關鍵指標,因此,電池測試技術在新能源行業中得到了廣泛應用。02
    的頭像 發表于 07-21 08:33 ?616次閱讀
    新能源行業<b class='flag-5'>鋰離子電池</b>測試

    通信電源系統的守護者:鋰離子電池

    在通信電源系統中,為保障通信電源系統不間斷工作,鋰離子電池作為備用電源,成為其重要的守護者。一套配置了鋰離子電池的通信電源系統,當市電停電時,鋰離子電池立即取代市電為負載設備供電,
    的頭像 發表于 06-15 08:05 ?164次閱讀
    通信電源系統的守護者:<b class='flag-5'>鋰離子電池</b>

    鋰離子電池的工作原理、特點及應用

    鋰離子電池,作為現代高性能電池的代表,自其誕生以來就受到了廣泛的關注和應用。它以其獨特的優勢,如高能量密度、長壽命、無記憶效應等,迅速占領了電池市場的大部分份額。本文將詳細介紹
    的頭像 發表于 05-21 16:46 ?3438次閱讀

    什么是正極材料正極材料的四大類型?

    正極材料鋰離子電池中的一個重要組成部分,它位于電池正極一側,負責在充放電過程中儲存和釋放鋰離子
    的頭像 發表于 05-19 14:42 ?3539次閱讀

    鋰離子電池的優缺點

    鋰離子電池是一種二次電池(充電電池),其工作原理主要依賴于鋰離子正極和負極之間的移動。在充電過程中,
    的頭像 發表于 05-06 17:20 ?2661次閱讀

    富鐵無序巖鹽鋰離子正極材料的氧化還原研究

    隨著對高性能和高性價比鋰離子電池的需求不斷增長,對由豐富元素(如Fe)組成的正極材料的需求日益迫切。
    的頭像 發表于 03-27 09:06 ?495次閱讀
    富鐵無序巖鹽<b class='flag-5'>鋰離子</b><b class='flag-5'>正極</b><b class='flag-5'>材料</b>的氧化還原研究

    鋰離子電池和鋰聚合物電池的區別在哪

    鋰離子電池和鋰聚合物電池是兩種常見的充電式電池,它們在構造、工作原理等方面存在一些顯著的區別。本文將介紹這兩種電池的特點、應用以及優缺點。 一、構造與原理
    的頭像 發表于 01-22 17:20 ?5894次閱讀

    什么是鋰離子電池鋰離子電池有記憶效應嗎?

    廣泛應用。 鋰離子電池采用鋰離子在正負極之間的遷移來存儲和釋放電荷。在充電時,鋰離子正極材料(如錳酸鋰)釋放出來,并通過電解質(通常是有機
    的頭像 發表于 01-10 16:31 ?1787次閱讀

    鋰離子電池的充放電原理  鋰離子電池和三元鋰電池哪個好

     鋰離子電池的工作原理是基于鋰離子正極和負極之間的遷移,利用化學反應將化學能轉化為電能的物理過程。
    發表于 01-10 15:23 ?2191次閱讀

    什么是鋰離子電池失效?鋰離子電池失效如何有效分析檢測?

    、使用環境、充電和放電過程中的條件等。在這篇文章中,我們將詳細介紹鋰離子電池失效的各種原因,并提供一些有效的分析和檢測方法。 首先,我們來看看鋰離子電池失效的主要原因之一——電池化學反應。鋰離
    的頭像 發表于 01-10 14:32 ?914次閱讀
    主站蜘蛛池模板: 精品视频免费在线| 中文字幕欧美日韩VA免费视频| 欧美日韩高清一区二区三区| 久久久久伊人| 久久re这里视频精品8| 极品少妇高潮啪啪AV无码| 国产亚洲精品久久久久5区| 国产AV精品国语对白国产| 成人免费看片45分钟| 苍井空a 集在线观看网站| www免费看.男人的天堂| bt成人种子| 成人女人A级毛片免费软件| 波多结衣一区二区三区| 成熟YIN荡美妞A片视频麻豆| 动漫美女被到爽了流| 高清一区二区亚洲欧美日韩| 沟沟人体一区二区| 国产精品日本无码久久一老A| 国产免费人成在线看视频| 国产亚洲精品影视在线| 好大好硬好爽好深好硬视频| 久久91精品国产91久久户| 玖玖爱这里只有精品视频| 麻豆精品无码久久久久久久久| 魔乳 堕乳漫画acg产卵| 欧美精品熟妇乱| 手机在线成人精品视频网| 午夜影院一区二区三区| 亚洲成人中文| 有人在线观看的视频吗免费| 2017日日干| xxxxxx日本处大片免费看| 国产成人精品综合在线观看| 国产做国产爱免费视频| 久久精品一卡二卡三卡四卡视频版| 毛片免费大全| 日韩 国产 中文 无码| 学生无码AV一区二区三区| 伊人yinren6综合网色狠狠| 99国产这里只有精品视频|