高熵材料有什么特性？它對(duì)鋰電池有何影響？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-31 10:02
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據(jù)外媒報(bào)道，德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）的研究人員，提出一種適合儲(chǔ)能應(yīng)用的新型高熵材料。他們?cè)谡撐闹袌?bào)告，以最近設(shè)計(jì)的多陽(yáng)離子過(guò)渡金屬基高熵氧化物為前體，LiF或NaCl為反應(yīng)物，用簡(jiǎn)易機(jī)械化學(xué)方法，制備多陰離子和多陽(yáng)離子化合物，從而生成鋰化或鈉化材料。
含鋰的熵穩(wěn)定氟氧基化合物（Lix（Co0．2Cu0．2Mg0．2Ni0．2Zn0．2）OFx），工作電位3．4Vvs．Li＋／Li，可用作正極活性材料。與傳統(tǒng)（非熵穩(wěn)定）氟氧化合物不同，這種新材料受益于熵穩(wěn)定，表現(xiàn)出更強(qiáng)的鋰儲(chǔ)存性能，以前所未有的方式改變組成元素，提升循環(huán)性能。熵穩(wěn)定的概念也適用于，具有巖石鹽結(jié)構(gòu)的含鈉氯氧化物，從而為開(kāi)發(fā)后鋰電池技術(shù)鋪平道路。
在眾多不同應(yīng)用領(lǐng)域中，高熵材料（HEM）因其新穎、意想不到和前所未有的特性，獲得廣泛關(guān)注。HEM以引入高構(gòu)型熵來(lái)穩(wěn)定單相結(jié)構(gòu)為前提。目前已經(jīng)合成并公開(kāi)的大量高熵化合物，包括碳化物、二硼化物、氮化物、硫系化合物和氧化物，在熱電、電介質(zhì)和鋰離子電池等領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用。最近出現(xiàn)的高熵材料，名為高熵氧化物（HEO），2015年由美國(guó)ChristinaM．Rost等人首次提出。
然而，目前為止，還沒(méi)有關(guān)于含有多個(gè)陰離子的HEM化合物的文獻(xiàn)報(bào)道。穩(wěn)定的高構(gòu)型熵效應(yīng)，僅由晶體結(jié)構(gòu)中的陽(yáng)離子引起，因?yàn)殛庪x子位點(diǎn)的貢獻(xiàn)為零。
因此，具有明顯熵穩(wěn)定跡象的多陰離子和多陽(yáng)離子單相結(jié)構(gòu)物質(zhì)的制備，具有重要意義，特別是考慮到，構(gòu)型熵增益將比過(guò)渡金屬基HEO體系更大。KIT的論文是首次報(bào)道，多陰離子和多陽(yáng)離子高熵氧鹵化物，及其在電化學(xué)儲(chǔ)能中的應(yīng)用。
研究人員使用一種基于多陽(yáng)離子過(guò)渡金屬的HEO（即只有氧離子占據(jù)陰離子位點(diǎn)），作為前體，引入額外的鹵素離子（X）和堿金屬離子，生成多陰離子、多陽(yáng)離子的巖鹽型化合物（HEOX）。將一價(jià)氟引入由二價(jià)氧占據(jù)的HEO陰離子晶格中，通過(guò)在陽(yáng)離子晶格中加入單價(jià)鋰（或鈉）來(lái)補(bǔ)償電荷。由于氟和氧離子半徑相似，所以，在單相巖鹽結(jié)構(gòu)中，這種替代不會(huì)引起明顯應(yīng)變。
含鋰的熵穩(wěn)定氟氧基化合物（Lix（Co0．2Cu0．2Mg0．2Ni0．2Zn0．2）OFx），工作電位3．4Vvs．Li＋／Li，可用作正極活性材料。與傳統(tǒng)（非熵穩(wěn)定）氟氧化合物不同，這種新材料受益于熵穩(wěn)定，表現(xiàn)出更強(qiáng)的鋰儲(chǔ)存性能，以前所未有的方式改變組成元素，提升循環(huán)性能。熵穩(wěn)定的概念也適用于，具有巖石鹽結(jié)構(gòu)的含鈉氯氧化物，從而為開(kāi)發(fā)后鋰電池技術(shù)鋪平道路。
在眾多不同應(yīng)用領(lǐng)域中，高熵材料（HEM）因其新穎、意想不到和前所未有的特性，獲得廣泛關(guān)注。HEM以引入高構(gòu)型熵來(lái)穩(wěn)定單相結(jié)構(gòu)為前提。目前已經(jīng)合成并公開(kāi)的大量高熵化合物，包括碳化物、二硼化物、氮化物、硫系化合物和氧化物，在熱電、電介質(zhì)和鋰離子電池等領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用。最近出現(xiàn)的高熵材料，名為高熵氧化物（HEO），2015年由美國(guó)ChristinaM．Rost等人首次提出。
然而，目前為止，還沒(méi)有關(guān)于含有多個(gè)陰離子的HEM化合物的文獻(xiàn)報(bào)道。穩(wěn)定的高構(gòu)型熵效應(yīng)，僅由晶體結(jié)構(gòu)中的陽(yáng)離子引起，因?yàn)殛庪x子位點(diǎn)的貢獻(xiàn)為零。
因此，具有明顯熵穩(wěn)定跡象的多陰離子和多陽(yáng)離子單相結(jié)構(gòu)物質(zhì)的制備，具有重要意義，特別是考慮到，構(gòu)型熵增益將比過(guò)渡金屬基HEO體系更大。KIT的論文是首次報(bào)道，多陰離子和多陽(yáng)離子高熵氧鹵化物，及其在電化學(xué)儲(chǔ)能中的應(yīng)用。
研究人員使用一種基于多陽(yáng)離子過(guò)渡金屬的HEO（即只有氧離子占據(jù)陰離子位點(diǎn)），作為前體，引入額外的鹵素離子（X）和堿金屬離子，生成多陰離子、多陽(yáng)離子的巖鹽型化合物（HEOX）。將一價(jià)氟引入由二價(jià)氧占據(jù)的HEO陰離子晶格中，通過(guò)在陽(yáng)離子晶格中加入單價(jià)鋰（或鈉）來(lái)補(bǔ)償電荷。由于氟和氧離子半徑相似，所以，在單相巖鹽結(jié)構(gòu)中，這種替代不會(huì)引起明顯應(yīng)變。
