解决阻碍富锂层状硫化物商业化的障碍

阴离子氧化还原化学是一个相当新的研究领域，可以为开发更高效的锂离子电池正极材料(例如富锂的层状氧化物)铺平道路。然而，到目前为止，已经发现阴离子氧化还原化学方法具有显着的局限性，例如导致电压衰减，大的滞后性和缓慢的动力学。

法国Collège大学和Sorbonne大学的研究人员进行了一项研究，研究了这些局限性以及目前阻碍富锂层状材料商业化的总体挑战。在发表于《自然能源》上的论文中，研究人员设计了新的富锂层状硫化物并评估了它们的性能。

“其中的一项研究是让研究人员更好地了解阻碍富含锂层的氧化物商业化的障碍，这些障碍意味着除了阳离子以外还涉及阴离子氧化还原过程的新范式反应性。”告诉TechXplore进行了这项研究。“已知阴离子氧化还原参与硫化物已有20多年的历史，但由于尚未意识到其可能的优势，因此从未得到深入研究。”

过去的大多数研究旨在主要通过阳离子取代而不改变材料的阴离子，从而更好地理解富含锂的层状氧化物。Tarascon和他的同事着手进行更彻底的研究，以便更好地了解这些材料的阴离子骨架变化对它们的性能和整体性能的影响。

Tarascon解释说：“为了获得有意义的结果，并使用富锂氧化物对硫化物进行基准测试，我们使用了相同的实验方案，其中需要研究电压滞后，电压衰减和能效。”

在他们的研究中，Tarascon和他的同事设计了新的富锂层状硫化物Li 1.33 – 2y / 3 Ti 0.67 – y / 3 Fe y S 2。他们发现，这些硫化物与其他富含锂的氧化物类似物相比具有有利的优势，其初始循环不可逆性可忽略不计，减轻了长运行循环后的电压衰减，低电压滞后和快速动力学。

总体而言，研究人员观察到，从氧配体转变为硫配体可以减轻与阴离子氧化还原有关的一些问题。但是，取代也有其缺点，因为它不利于降低材料的氧化还原电位，进而降低其能量密度。

Tarascon说：“我们发现，电压滞后和电压衰减在提高能量效率的同时降低了，这提供了确实存在解决与富含锂的层状氧化物相关的障碍的解决方案的证据。” “但是，这样做的代价是，由于氧化还原电势较低，因此能量密度较低。”

Tarascon和他的同事进行的这项研究提供了关于在富含锂的层状硫化物中实施阴离子氧化还原的优缺点的宝贵见解。它收集到的观察结果最终可以为具有更高能量效率/密度的新型锂离子电池正极材料的设计提供依据。

“我们未来的研究将迈向新的设计，丰富的锂氧化还原活性氧-定向硫化物以增加材料的氧化还原物质的电压，因此它不会是水分敏感，”塔拉斯说。“这将导致硫化氧化合物的开发，该化合物将具有更高的电压，并且对水分更稳定。”