今天发表在《自然能源》上的一篇新论文揭示了一个研究团队如何通过使用钻石光的RIXS(共振非弹性x光散射)来完全识别重要电池材料(富含锂的NMC)中氧氧化物的特性。资源。这种化合物正在被密切考虑用于下一代锂离子电池，因为它可以提供比目前最先进的材料更高的能量密度，这可以转化为更长的电动汽车行驶里程。他们希望他们的工作将使科学家能够使用富含锂的材料来解决电池寿命和电压衰减等问题。

牛津大学、亨利莱斯和法拉第研究院以及钻石光源联合研究团队发表了论文《富锂3d阴极的第一周期电压滞后与大量俘获分子O 2有关》，英国国家同步加速器对此进行了研究。他们的调查结果更好地了解了电池工业中的一种重要化合物，即富锂的(或Li 1.2 Ni 0.13 Co 0.13 Mn 0.54 O 2)。

钻石公司I21的主要束线科学家周解释说：“我们的工作主要是了解神秘的第一周期电压滞后，其中O-氧化还原过程无法完全恢复，导致电压损失和能量密度降低。”

此前同一研究团队在Diamond I21束线上对这一过程的研究(Nature 577，502-508(2020))报道，电压滞后与Na离子电池阴极Nb的形成有关。由于充电过程中过渡金属离子的迁移，分子O 2被捕获在粒子内部。

他补充道：“我们目前的工作主要集中在富锂材料Li1.2ni0.13co0.13mn0.54o2上，之前的主要发现是在材料内部形成了游离的o2分子，这在之前是不知道的。这是一个非常重要的发现，因为这种材料具有较高的TM-O价，被认为可以抑制分子O 2的形成。相信我们的工作对未来电池正极的设计会有很大的影响，从而将不稳定的蜂窝结构降到最低。我们的工作对于解决与富锂NMC相关的其他问题(如电压衰减)也具有重要意义，这些问题将阻碍其商业化，并最终发现可能更可逆地使用O-氧化还原的新材料。”

富锂正极材料是提高锂离子电池能量密度的少数选择之一。这些结构中几乎所有的锂都可以被去除，这首先通过过渡金属离子的氧化来补偿，然后通过氧化离子的氧化来补偿。然而，与这种氧化还原充电过程相关的高电压在放电过程中无法恢复，导致所谓的电压滞后和能量密度的显著损失。这是阻碍这些材料充分发挥潜力的主要挑战之一，对这一现象的理解仍然不完整。

“在我们的研究中，我们使用了HR RIXS(钻石I21线中的高分辨率共振非弹性x射线散射光谱)来研究o-氧化还原过程。这就是材料储存氧化物离子电荷的方式，离子电荷是电荷的一部分。然而，这个过程对于研究者来说很难完全理解。这种材料在第一次充电时会经历复杂的结构变化，这将导致很大的电压滞后，氧化物离子储存能量的机制尚不清楚。”牛津大学材料系罗布豪斯博士。他补充道：

“我们获得的数据使我们能够确定此前由RIXS技术探测到的神秘光谱特征，但无法完全确定。我们可以解决O 2分子振动引起的精细结构，这样就可以分配重要的电池材料RIXS具有这些特性。这些O 2分子被捕获在阴极材料的主体中，在放电过程中可以以较低的电压重整为氧离子，而不是初始成本。这为解释O-氧化还原过程提供了新的机制，代表了电池材料向前迈出的重要一步。”