AEM：氟化对无序岩盐型锂离子电池正极材料锂离子传输和短程有序的影响

兔兔

2020-02-04

在过去的几十年里，锂离子电池的应用已经从便携式设备扩展到电动汽车和电网存储。迄今为止，商业化的锂离子电池正极主要由锂-镍-锰-钴-氧复合空间的层状材料构成。为了进一步降低成本并避免过度依赖地理上局部的自然资源，将Co基成分转移到成本较低的金属如Mn或Fe将是有益的。近年来阳离子无序岩盐（DRX）正极材料的发展拓宽了材料设计的可用化学空间。此外，与典型的层状材料相比，锂过量无序正极具有非常高的容量和能量密度，这在几种高能量密度无钴正极材料中得到了证明。氟取代是提高DRX锂离子电池阴极材料循环寿命和能量密度的关键因素，它为高能量密度正极材料提供了前景，而无需依赖有限的矿产资源。由于强力的Li-F相互作用，氟可能会改变这些材料中的短程阳离子有序，这对于锂离子的运输至关重要。基于此，美国加州大学伯克利分校Gerbrand Ceder通过密度泛函理论和蒙特卡洛模拟相结合，研究了Li–F短程有序对DRX材料中Li渗流和扩散形成的影响。该模型表明，在足够高的浓度下，F取代始终是有益的，而且令人惊讶的是，即使没有过量的Li，也可以促进化合物的渗流，使它们能够吸收更多的过渡金属氧化还原能力，从而获得更高的能量密度。研究发现，当F水平低于15%时，其影响可能是有利的，也可能是不利的，这取决于非氟化氧化物中固有的短程有序，而对于高氟化水平，其影响总是有利的。使用广泛的模拟，并绘制了图表，显示了过渡金属容量、锂运输和合成可及性之间的折衷，并通过实验证实了两个更极端的预测。

Bin Ouyang, Nongnuch Artrith, Zhengyan Lun, Zinab Jadidi, Daniil A. Kitchaev, Huiwen Ji, Alexander Urban, Gerbrand Ceder. Effect of Fluorination on Lithium Transport and Short-Range Order in Disordered-Rocksalt-Type Lithium-Ion Battery Cathodes. Adv. Energy Mater. 2020, 1903240.

DOI: 10.1002/aenm.201903240

原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.201903240