Thermodynamics and kinetics for stabilization of conversion-type electrodes for LIB based on nano 3d transition metal oxide composites

基于纳米3d过渡金属氧化物复合材料的LIB转换型电极稳定性的热力学和动力学

基本信息

项目摘要

The electrode materials reacting according to the conversion mechanism instead of intercalation have a large potential for new Li battery aspects due to their high theoretical specific capacity and charge density. However, the problem of bad cycling stability must be solved first. In particular, the understanding of the conversion mechanism and the reasons for the difference between the first reaction during the materials formation and the following oxidation-reduction cycles is essential to stimulate a further progress in the stabilization of the electrodes. Two stabilization strategies are proposed that are based on the addition of selected elements forming metal-oxide nanocomposites. The additional elements should either stabilise the electrode material chemically or contribute to the formation of electrically conductive networks in or at the electrode. The solution of this very complex problem is only possible via interlinking the complementary expertises of four research groups that will work in the fields of (1) the synthesis and electrochemical characterisation of variable 3d transition metal containing nanooxides (“playing with atoms”), (2) the theoretical and experimental thermodynamic investigation of the electrochemical reaction in the first and second cycle, (3) the description and explanation of the changes in microstructure during this electrochemical treatment, and (4) the development of new electrolyte components. The sub-projects (2-4) will investigate selected synthesized materials synthesized within (1). The iteratively achieved results of of (1-4) will cause new concepts for better cycling stability of the developed materials.
由于高的理论比容量和充电密度,按照转化机理而不是插层反应的电极材料在新的锂电池方面具有巨大的潜力。然而,首先必须解决循环稳定性差的问题。特别是,了解材料形成过程中的第一次反应与随后的氧化-还原循环之间的转化机制和差异的原因,对于促进电极稳定性的进一步进展至关重要。提出了两种基于添加特定元素形成金属-氧化物纳米复合材料的稳定化策略。添加的元素应在化学上稳定电极材料,或有助于在电极内或电极上形成导电网络。这一非常复杂的问题的解决只有通过将四个研究小组的互补专家联系在一起才有可能,这四个研究小组将在以下领域工作:(1)含有纳米氧化物的可变3D过渡金属的合成和电化学表征(“玩原子”),(2)第一和第二循环中电化学反应的理论和实验热力学研究,(3)对电化学处理过程中微结构变化的描述和解释,以及(4)新电解液成分的开发。子项目(2-4)将研究在(1)中合成的选定合成材料。OF(1-4)的迭代结果将为所开发的材料更好的循环稳定性提供新的概念。

项目成果

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