解決阻礙富鋰層狀硫化物商業化的障礙

陰離子氧化還原化學是一個相當新的研究領域，可以為開發更高效的鋰離子電池正極材料(例如富鋰的層狀氧化物)鋪平道路。然而，到目前為止，已經發現陰離子氧化還原化學方法具有顯著的局限性，例如導致電壓衰減，大的滯后性和緩慢的動力學。

法國Collège大學和Sorbonne大學的研究人員進行了一項研究，研究了這些局限性以及目前阻礙富鋰層狀材料商業化的總體挑戰。在發表于《自然能源》上的論文中，研究人員設計了新的富鋰層狀硫化物并評估了它們的性能。

“其中的一項研究是讓研究人員更好地了解阻礙富含鋰層的氧化物商業化的障礙，這些障礙意味著除了陽離子以外還涉及陰離子氧化還原過程的新范式反應性。”告訴TechXplore進行了這項研究。“已知陰離子氧化還原參與硫化物已有20多年的歷史，但由于尚未意識到其可能的優勢，因此從未得到深入研究。”

過去的大多數研究旨在主要通過陽離子取代而不改變材料的陰離子，從而更好地理解富含鋰的層狀氧化物。Tarascon和他的同事著手進行更徹底的研究，以便更好地了解這些材料的陰離子骨架變化對它們的性能和整體性能的影響。

Tarascon解釋說：“為了獲得有意義的結果，并使用富鋰氧化物對硫化物進行基準測試，我們使用了相同的實驗方案，其中需要研究電壓滯后，電壓衰減和能效。”

在他們的研究中，Tarascon和他的同事設計了新的富鋰層狀硫化物Li 1.33 – 2y / 3 Ti 0.67 – y / 3 Fe y S 2。他們發現，這些硫化物與其他富含鋰的氧化物類似物相比具有有利的優勢，其初始循環不可逆性可忽略不計，減輕了長運行循環后的電壓衰減，低電壓滯后和快速動力學。

總體而言，研究人員觀察到，從氧配體轉變為硫配體可以減輕與陰離子氧化還原有關的一些問題。但是，取代也有其缺點，因為它不利于降低材料的氧化還原電位，進而降低其能量密度。

Tarascon說：“我們發現，電壓滯后和電壓衰減在提高能量效率的同時降低了，這提供了確實存在解決與富含鋰的層狀氧化物相關的障礙的解決方案的證據。” “但是，這樣做的代價是，由于氧化還原電勢較低，因此能量密度較低。”

Tarascon和他的同事進行的這項研究提供了關于在富含鋰的層狀硫化物中實施陰離子氧化還原的優缺點的寶貴見解。它收集到的觀察結果最終可以為具有更高能量效率/密度的新型鋰離子電池正極材料的設計提供依據。

“我們未來的研究將邁向新的設計，豐富的鋰氧化還原活性氧-定向硫化物以增加材料的氧化還原物質的電壓，因此它不會是水分敏感，”塔拉斯說。“這將導致硫化氧化合物的開發，該化合物將具有更高的電壓，并且對水分更穩定。”