Nickel Metaphosphate as a Conversion Positive Electrode for Lithium‐Ion Batteries

电极 电化学 锂(药物) 材料科学 偏磷酸盐 无定形固体 化学工程 离子 无机化学 纳米技术 冶金 化学 结晶学 物理化学 有机化学 医学 磷酸盐 工程类 内分泌学
作者
Qingbo Xia,Maxim Avdeev,Siegbert Schmid,Hongwei Liu,Bernt Johannessen,Chris D. Ling
出处
期刊:Batteries & supercaps [Wiley]
卷期号:4 (1): 195-204 被引量:8
标识
DOI:10.1002/batt.202000164
摘要

Abstract Lithium storage schemes based on conversion chemistry have been used in a large variety of negative electrodes achieving capacities 2–3 times higher than graphite. However, to date, relatively few positive electrode examples have been reported. Here, we report a new conversion positive electrode, Ni(PO 3 ) 2 , and systematic studies on its working and degradation mechanisms. Crystalline Ni(PO 3 ) 2 undergoes an electrochemistry‐driven amorphization process in the first discharge to form a fine microstructure, consisting of Ni domains ∼2 nm wide that form a percolating electron‐conducting network, embedded in a glassy LiPO 3 matrix. P does not participate electrochemically, remaining as P 5+ in [PO 3 ] − throughout. The electrode does not recrystallise in the following first charge process, remaining amorphous over all subsequent cycles. The low ionicity of the Ni−[PO 3 ] bond and the high Li + conductivity of the LiPO 3 glass lead to high intrinsic electrochemical activity, allowing the micro‐sized Ni(PO 3 ) 2 to achieve its theoretical capacity of 247 mAh/g. The performance of the Ni(PO 3 ) 2 electrode ultimately degrades due to the growth of larger and more isolated Ni grains. While the theoretical capacity of Ni(PO 3 ) 2 is itself limited, this study sheds new light on the underlying chemical mechanisms of conversion positive electrodes, an important new class of electrode for solid‐state batteries.

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