锂离子电池正极界面处的纳米尺度电压增强
材料科学
2017-04-05 v1
摘要
界面在锂离子电池电极中无处不在，存在于成分梯度、多相共生区域以及电极与固体电解质界面相或保护涂层之间。然而，这些界面对于锂能量学的影响在很大程度上仍属未知。在本工作中，我们计算了正极界面处的锂嵌入位点能量学，并揭示了决定界面两侧能量学的物理机制。我们研究了橄榄石/橄榄石结构的 LixFePO4/LixMPO4（x=0 和 1，M=Co, Ti, Mn）以及层状/层状结构的 LiNiO2/TiO2 界面，以探索不同的材料结构和过渡金属元素。我们发现，从高电压材料到低电压材料的界面处，锂电压在高电压材料中保持恒定，而在低电压区域近似线性衰减，并趋近于低电压材料的锂电压。该效应的范围为 0.5-9 nm，具体取决于界面偶极屏蔽。该效应提供了一种机制，使得界面处的高电压材料能够在纳米尺度上显著增强低电压材料中的锂嵌入电压。我们表明，这种电压增强由电子转移（从低电压区到高电压区）、应变和界面偶极屏蔽共同决定。我们探讨了这种电压增强对新型异质结构正极设计和氧化还原赝电容器的意义。
引用
@article{arxiv.1704.00872,
title = {Nanoscale Voltage Enhancement at Cathode Interfaces in Li-ion Batteries},
author = {Shenzhen Xu and Ryan Jacobs and Chris Wolverton and Thomas Kuech and Dane Morgan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1704.00872},
year = {2017}
}