最新Science：層狀正極中溶劑介導的氧化物氫化

最新Science：層狀正極中溶劑介導的氧化物氫化

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【導讀】

自放電和化學引起的機械效應會降低基于插層的電致變色和電化學儲能設備的日歷和循環壽命。在可充電鋰離子電池中，正極的自放電會隨著時間的推移導致電壓和容量損失。目前流行的自放電模型主要是鋰離子從電解液擴散到正極的過程。

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【成果掠影】

今日，美國SLAC國家加速器實驗室Gang Wan/Michael F.?Toney，美國DEVCOM陸軍研究實驗室Kang?Xu/Oleg?Borodin課題組合作，展示了自放電的另一種途徑，即層狀過渡金屬氧化物正極的氫化可通過從碳酸鹽溶劑到二硫化氧化物的氫轉移誘導自放電。在自放電正極中，本工作進一步觀察到質子和鋰離子濃度梯度負相關，這導致了脫鋰化正極內部的化學和結構異質性，加速了降解。在二鋰化正極中發生的氫化可能會影響層狀正極的化學機械耦合以及鋰離子電池的日歷壽命。相關論文以題為“Solvent-mediated oxide hydrogenation in layered cathodes”的論文發表在Science上。

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【數據概況】

圖1. NMC532電極隨電位變化的自放電以及塊體和正極表面的鎳氧化態演化? 2024?AAAS

圖2. 溶劑和鋰化狀態對正極表面與電解質之間化學反應的影響? 2024?AAAS

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圖3. 自放電NMC532薄膜的轉變? 2024?AAAS

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圖4. 正極氫化與TOF-SIMS深度剖面? 2024?AAAS

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【成果啟示】

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除了鎳氧化還原之外，溶劑介導的正極氫化概念也可廣泛適用于其他層狀正極氧化物，如 LixCoO₂、富鋰陰極和鈉層狀TM氧化物(NaxTMO₂)，其中高價表面TM與碳酸鹽溶劑相互作用。根據本工作對降解機制的深入了解，本工作假設降低截止電壓、在電解液中添加不含CH₂的添加劑以及在陰極表面鍍膜將減少暴露在碳酸氫鹽溶劑中的活性表面TM。因此，這些方法可減輕電解質中的自放電和陰極降解。

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文獻鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg4687

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本文由溫華供稿