最新Science：层状正极中溶剂介导的氧化物氢化

最新Science：层状正极中溶剂介导的氧化物氢化

【导读】

自放电和化学引起的机械效应会降低基于插层的电致变色和电化学储能设备的日历和循环寿命。在可充电锂离子电池中，正极的自放电会随着时间的推移导致电压和容量损失。目前流行的自放电模型主要是锂离子从电解液扩散到正极的过程。

【成果掠影】

今日，美国SLAC国家加速器实验室Gang Wan/Michael F. Toney，美国DEVCOM陆军研究实验室Kang Xu/Oleg Borodin课题组合作，展示了自放电的另一种途径，即层状过渡金属氧化物正极的氢化可通过从碳酸盐溶剂到二硫化氧化物的氢转移诱导自放电。在自放电正极中，本工作进一步观察到质子和锂离子浓度梯度负相关，这导致了脱锂化正极内部的化学和结构异质性，加速了降解。在二锂化正极中发生的氢化可能会影响层状正极的化学机械耦合以及锂离子电池的日历寿命。相关论文以题为“Solvent-mediated oxide hydrogenation in layered cathodes”的论文发表在Science上。

【数据概况】

图1. NMC532电极随电位变化的自放电以及块体和正极表面的镍氧化态演化© 2024 AAAS

图2.溶剂和锂化状态对正极表面与电解质之间化学反应的影响© 2024 AAAS

图3.自放电NMC532薄膜的转变© 2024 AAAS

图4.正极氢化与TOF-SIMS深度剖面© 2024 AAAS

【成果启示】

除了镍氧化还原之外，溶剂介导的正极氢化概念也可广泛适用于其他层状正极氧化物，如LixCoO₂、富锂阴极和钠层状TM氧化物(NaxTMO₂)，其中高价表面TM与碳酸盐溶剂相互作用。根据本工作对降解机制的深入了解，本工作假设降低截止电压、在电解液中添加不含CH₂的添加剂以及在阴极表面镀膜将减少暴露在碳酸氢盐溶剂中的活性表面TM。因此，这些方法可减轻电解质中的自放电和阴极降解。

文献链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg4687

本文由温华供稿