LixNiO2 和 NaNiO2 的基础关联光谱学研究
材料科学
2024-08-14 v2
摘要
锂离子电池正极材料中局部原子排列与电子态之间的密切关联在决定其电化学性质（包括容量、循环稳定性和倍率性能）方面起着至关重要的作用。尽管对基于富镍层状氧化物的高性能正极进行了近 30 年的研究努力，但对于 LiNiO2 的局部原子和电子结构仍未达成共识。Ni 位点可能发生 Jahn-Teller 畸变或键交替 disproportionated，且 Ni 和氧在电荷补偿机制中的作用仍不清楚。在本研究中，我们使用一种新颖的方法比较了 LiNiO2 和 NaNiO2（一种长程 Jahn-Teller 系统）的局部和电子结构，该方法旨在将标准样品上获得的体光谱技术结果（特别是在 operando 条件下）相关联，以确保样品的互操作性并增强我们结果的可靠性和鲁棒性。尽管 XAS 是一种位点选择性和局部技术，但正如理论计算所证实的那样，它无法区分所提出的情景。相反，Raman 光谱显示了单斜畸变 NaNiO2 和三方 LiNiO2 之间的局部结构差异。此外，HAXPES 证实了 Ni 多种形式氧化态的存在，而 RIXS 数据提供了 3d8 态的证据，证实了 Ni 的负电荷转移特性以及 LiNiO2 中一定程度的键交替 disproportionation。关于电荷补偿机制，XRS 和 RIXS 支持氧空穴参与氧化还原活性，而 Raman 光谱未检测到分子氧。通过结合多个高保真光谱数据集，本研究展示了关联表征工作流在提供对复杂结构-电化学关系洞察方面的价值。
引用
@article{arxiv.2403.18919,
title = {A fundamental correlative spectroscopic study on LixNiO2 and NaNiO2},
author = {Quentin Jacquet and Nataliia Mozhzhukhina and Peter N. O. Gillespie and Gilles Wittmann and Lucia Perez Ramirez and Federico G. Capone and Jean-Pascal Rueff and Stephanie Belin and Rémi Dedryvère and Lorenzo Stievano and Aleksandar Matic and Emmanuelle Suard and Nicholas B. Brookes and Alessandro Longo and Deborah Prezzi and Sandrine Lyonnard and Antonella Iadecola},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.18919},
year = {2024}
}