AlPO 4 包覆改性Li 1.167 Ni 0.167 Co 0.167 Mn 0.5 O 2 锂离子电池正极材料及循
发布时间：2021-03-04 17:56
通过共沉淀法合成Li1.167Ni0.167Co0.167Mn0.5O2正极材料,并以Al（NO3）3·6H2O、K2HPO4、六亚甲基四胺为反应试剂,以柠檬酸–柠檬酸钠作为缓冲溶液,通过调节溶液pH值控制AlPO4的成核与生长速率,从而在富锂材料Li1.167Ni0.167Co0.167Mn0.5O2颗粒表面均匀包覆AlPO4。研究了不同AlPO4包覆量对Li1.167Ni0.167Co0.167Mn0.5O2正极材料电化学性能的影响。结果表明:1%（质量分数）AlPO4
【文章来源】：硅酸盐学报. 2020,48(10)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
样品LNCM-1的XPS谱
此外，由对应的频率倒数的平方根(?–1/2)与阻抗实部(Z")的线性拟合图的斜率，依据式(3)，可以计算锂离子扩散系数(D):其中：R为气体常数；T为绝对温度；A是正极材料的表面积；n是传递的电子数；F为Faraday常数；c是锂离子的浓度；σ为Z"与?–1/2线性拟合的斜率[18]，计算结果如表3所示，可得D(LNCM)=3.17×10–15 cm2/s,D(LNCM-1)=9.03×10–15 cm2/s，包覆改性提高了材料的锂离子扩散系数。图5h为充电至4.8 V (即脱锂态)的差热分析曲线，其中测试的样品是由电池在手套箱中拆解取出正极片并添加0.1 m L电解液模拟实际热演变过程。原始材料的初始放热峰为177.5℃，产热量为689 J/g，而包覆改性的样品LNCM-1初始放热峰提高到了233.8℃，产热量降为302 J/g，表现出更好的热稳定性。热稳定性的提高可以归因于：1) Al PO4包覆层减少了电极材料与电解液的直接接触；2) Al PO4包覆在材料表面形成[PO4]3–四面体，磷酸盐的热稳定性较高。表4为Al PO4包覆改性锂离子电池正极材料的电化学性能对比，与文献[7–8,19]相比，通过Al PO4包覆改性Li1.167Ni0.167Co0.167Mn0.5O2的正极材料具有较好的循环稳定性。
图1b是样品的XRD谱。从图1b可见，原始富锂材料与3种不同包覆量的包覆改性材料的结晶度均较好，主要衍射峰均具有典型的ɑ-Na Fe O2型层状结构，属于六方晶系，对应于Li MO2相，和文献[11]报道的完全吻合，无明显杂相。此外，在2θ=20°～25°观察到一些微弱的超晶格峰，这是由于Li2Mn O3相过渡金属层中Li原子和Mn原子形成的有序阵列所致，也就是Li2Mn O3相的特征峰，空间群为C/2m，包覆改性并没有影响材料的层状结构[12]。表1为样品的晶格参数，c/a>4.9，说明包覆前后材料仍具有很好的层状结构，并且所有样品的I(003)/I(104)均大于1.2，说明合成材料的锂镍混排程度较小，样品LNCM-1具有最大的I(003)/I(104)比值，同时可以观察到晶胞参数c以及晶胞体积相比于样品LNCM有所增加，说明可能有少量Al掺杂到晶体结构内，这有利于锂离子脱嵌，在一定程度上有利于改善材料电化学性能。图1c是样品的Raman光谱。由图1c可见，原始富锂材料与3种包覆改性材料均出现3个特征峰：A(423 cm-1)、B(475 cm-1)、C(593 cm-1),A峰对应于单斜的Li2Mn O3组分，B峰和C峰分别对应于Li MO2相的Eg弯曲模和A1g伸缩模，Raman光谱证明了4种样品均具有层状固溶体结构[9]，说明包覆改性并没有对材料的体相结构造成明显的影响，这与图1b的XRD分析结果是一致的。图1d是样品LNCM、样品LNCM-1、样品LNCM-3和样品LNCM-5的红外光谱。由图1d可见，包覆之后的3种复合材料在特征峰D(1 050 cm-1)附近出现了特征峰，对应于PO43–的反对称伸缩振动，证明复合材料中存在PO43–基团[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面活性剂对Li7La3Zr2O12包覆富锂锰基层状正极材料的影响[J]. 彭继明,陈玉华,李玉,胡思江,王红强,李庆余. 硅酸盐学报. 2016(04)
[2]Li1+xNi0.166Co0.166Mn0.667O2.175+x/2正极材料的喷雾干燥法合成及电化学性能[J]. 黄果,杨顺毅,雷钢铁,黄友元,岳敏,胡社军,任建国,侯贤华. 中国有色金属学报. 2014(03)
本文编号：3063643
【文章来源】：硅酸盐学报. 2020,48(10)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
样品LNCM-1的XPS谱
此外，由对应的频率倒数的平方根(?–1/2)与阻抗实部(Z")的线性拟合图的斜率，依据式(3)，可以计算锂离子扩散系数(D):其中：R为气体常数；T为绝对温度；A是正极材料的表面积；n是传递的电子数；F为Faraday常数；c是锂离子的浓度；σ为Z"与?–1/2线性拟合的斜率[18]，计算结果如表3所示，可得D(LNCM)=3.17×10–15 cm2/s,D(LNCM-1)=9.03×10–15 cm2/s，包覆改性提高了材料的锂离子扩散系数。图5h为充电至4.8 V (即脱锂态)的差热分析曲线，其中测试的样品是由电池在手套箱中拆解取出正极片并添加0.1 m L电解液模拟实际热演变过程。原始材料的初始放热峰为177.5℃，产热量为689 J/g，而包覆改性的样品LNCM-1初始放热峰提高到了233.8℃，产热量降为302 J/g，表现出更好的热稳定性。热稳定性的提高可以归因于：1) Al PO4包覆层减少了电极材料与电解液的直接接触；2) Al PO4包覆在材料表面形成[PO4]3–四面体，磷酸盐的热稳定性较高。表4为Al PO4包覆改性锂离子电池正极材料的电化学性能对比，与文献[7–8,19]相比，通过Al PO4包覆改性Li1.167Ni0.167Co0.167Mn0.5O2的正极材料具有较好的循环稳定性。
图1b是样品的XRD谱。从图1b可见，原始富锂材料与3种不同包覆量的包覆改性材料的结晶度均较好，主要衍射峰均具有典型的ɑ-Na Fe O2型层状结构，属于六方晶系，对应于Li MO2相，和文献[11]报道的完全吻合，无明显杂相。此外，在2θ=20°～25°观察到一些微弱的超晶格峰，这是由于Li2Mn O3相过渡金属层中Li原子和Mn原子形成的有序阵列所致，也就是Li2Mn O3相的特征峰，空间群为C/2m，包覆改性并没有影响材料的层状结构[12]。表1为样品的晶格参数，c/a>4.9，说明包覆前后材料仍具有很好的层状结构，并且所有样品的I(003)/I(104)均大于1.2，说明合成材料的锂镍混排程度较小，样品LNCM-1具有最大的I(003)/I(104)比值，同时可以观察到晶胞参数c以及晶胞体积相比于样品LNCM有所增加，说明可能有少量Al掺杂到晶体结构内，这有利于锂离子脱嵌，在一定程度上有利于改善材料电化学性能。图1c是样品的Raman光谱。由图1c可见，原始富锂材料与3种包覆改性材料均出现3个特征峰：A(423 cm-1)、B(475 cm-1)、C(593 cm-1),A峰对应于单斜的Li2Mn O3组分，B峰和C峰分别对应于Li MO2相的Eg弯曲模和A1g伸缩模，Raman光谱证明了4种样品均具有层状固溶体结构[9]，说明包覆改性并没有对材料的体相结构造成明显的影响，这与图1b的XRD分析结果是一致的。图1d是样品LNCM、样品LNCM-1、样品LNCM-3和样品LNCM-5的红外光谱。由图1d可见，包覆之后的3种复合材料在特征峰D(1 050 cm-1)附近出现了特征峰，对应于PO43–的反对称伸缩振动，证明复合材料中存在PO43–基团[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面活性剂对Li7La3Zr2O12包覆富锂锰基层状正极材料的影响[J]. 彭继明,陈玉华,李玉,胡思江,王红强,李庆余. 硅酸盐学报. 2016(04)
[2]Li1+xNi0.166Co0.166Mn0.667O2.175+x/2正极材料的喷雾干燥法合成及电化学性能[J]. 黄果,杨顺毅,雷钢铁,黄友元,岳敏,胡社军,任建国,侯贤华. 中国有色金属学报. 2014(03)
本文编号：3063643
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