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DENSsolutions原位热电杆研究LiCoO2正极材料热稳定性

发布日期: 2020-09-28
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    LiCoO2具有典型的层状结构,其工作电压高,充放电电压平稳,比能量高,循环性能好,且由于LiCoO2具有生产工艺简单和电化学性能稳定等优势,所以实现商品化的正极材料。

    LiCoO2虽然理论比能量很高,但对于商用的基于LCO的电池,仅利用了其理论容量的一半,另一方面,这也表明增加其实际能量密度具有巨大潜力。另外,对于锂离子电池在大型系统(尤其是具有高能量密度的系统)上的应用而言,热稳定始终是至关重要的问题。热分解的氧气会与易燃的电解质发生反应,并导致热逃逸。另外,环境条件本身与热稳定性直接相关。据报道,氧化和还原气体环境之间只有达到5×10-4 atm的差异才能使氧气释放温度提高200℃。对于高压循环,由于正极的副反应会引入高还原环境,从而降低氧空位的形成能和迁移势垒,驱动晶格氧释放并在正极表面产生缺陷。这将使高压LCO正极对热不稳定性更敏感,但是降解机理尚不清楚。

 

    近日,来自武汉理工大学的吴劲松、孙丛立等人在ACS Nano上发表了题为“High Voltage Cycling Induced Thermal Vulnerability in LiCoO2 Cathode: Cation Loss and Oxygen Release Driven by Oxygen Vacancy Migration”的文章。该团队在聚焦离子束(FIB)加工样品的基础上,利用透射电子显微镜与DENSsolutions原位双倾加热加电样品系统结合,通过稳定控制体系温度,揭示了高压LiCoO2中由氧空位迁移引发的新机制。由高压循环引发的氧缺陷辅助Co离子迁移和还原到体相LCO晶格表面,使得失配的氧不稳定终导致氧气释放。由于动力学控制的阳离子迁移过程(不断损失的表面阳离子缓慢的由表面到体相传播),这种氧释放机制被称为表面降解机制。

 

    作者原位加热实验过程均在DENSsolutions原位双倾加热/加电样品系统内完成,稳定的加热控制,极低的漂移率保证了400℃下HAADF-STEM图像的获取和EELS谱图的表征。

    另外,作者通过FIB技术将获得的样品直接转移到DENSsolutions原位加热芯片上,加热芯片高达850μm2的观察窗口面积以及通过金属加热丝进行加热的方式,使得客户进行FIB操作变得更简单便捷,搭配DENSsolutions的MEMS芯片FIB样品台和标准操作流程,轻松制取各种样品,大大节省实验准备时间。

1、独特的52°&33°设计,方便用户进行较小角度倾转即可原位提取微米薄片至芯片上继续减薄;

2、DENSsolutionsMEMS芯片设计,使得芯片FIB制样过程无需二次打开FIB样品腔,大大节省制样时间;

3、用户可将微米厚度的薄片原位转移到芯片上继续减薄至纳米厚度,大大提高制样成功率,同时在芯片上实现精细加工,样品上下表面都可清洗干净,减少FIB制样过程中引入的Pt污染。

了解近的原位技术进展和活动安排。精彩咨询持续热力呈现。             

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