Nature Materials:鋰電為什麼會超出理論容量?

　　在鋰離子電池(LIBs)中，許多基於過渡金屬氧化物的電極表現出超過了理論值的高儲存容量。近日，加拿大滑鐵盧大學苗國興、美國德克薩斯大學奧斯汀分校餘桂華、青島大學李洪森和李強使用原位磁性監測技術來證明了金屬納米粒子表面存在較強的電容，並證明了大量的自旋極化電子可以儲存在已經還原的金屬納米粒子中(在過渡金屬氧化物電池低電流放電過程中形成），這與空間電荷機制是一致的；通過磁性變化量化表面電容，進一步表明這種表面電荷容量是Fe₃O₄/Li模型體系中額外容量的主要來源，並同時適用在CoO、NiO、FeF₂和Fe₂N體系。相關成果以「Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries  revealed by in situ magnetometry」為題發表在Nature Materials上。

圖1 | Fe₃O₄電極表徵。a、 循環電流密度為100mA/g的Fe₃O₄/Li電池恆流充放電曲線。插圖顯示了晶體的反尖晶石結構。b、 全鋰化Fe₃O₄電極的BF-STEM圖像。c、 高解析度BF-STEM圖像顯示在團塊內部Li₂O和Fe的存在d、Fe₃O₄電極鋰化前（黑色）後（藍色）磁滯曲線及後者的Langevin擬合曲線(紫色)。

圖2 |原位XRD和磁性監測表徵

圖3 |相變和磁響應原位觀察

圖4 | 0.01–1V電位窗口下的電化學性能和原位磁性表徵

　　

圖5 | Fe/Li₂O界面自旋極化電子的表面電容示意圖

　　原文連結：

　　Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed by in situ magnetometry (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

　　https://www.nature.com/articles/s41563-020-0756-y

　　

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