铝掺杂及钨酸锂表面包覆双效提升富锂锰基正极材料的循环稳定性

发布时间：2021-01-18 19:50

　　采用溶胶-凝胶法合成Al掺杂富锂锰基Li_1.2Mn_0.54-xAl_xNi_0.13Co_0.13O₂ （x=0、0.03）锂离子电池正极材料,之后采用一步液相法制备Li₂WO₄包覆层,系统地研究了Al掺杂和Li₂WO₄包覆双效改性对富锂锰基正极材料电化学性能的影响.结果表明, Al掺杂后明显提升富锂锰基正极材料的循环稳定性,包覆层Li₂WO₄明显改善其倍率性能和放电平台电压衰减问题. Li₂WO₄包覆量为5%Li_1.2Mn_0.51Al_0.03Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料在2.0～4.8 V充放电电压区间及1000 m A·g^-1... 

【文章来源】：化学学报. 2020,78(11)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

LMNC-1,LMNC-2和LMNC-3材料的XRD图

XRD精修结果

图5中a、b、和c分别是三种材料在不同电流密度下的充放电曲线.在第一圈充放电过程中,电压从起始电压到4.4 V左右是Li MO2中Li+的脱出,同时过渡金属离子Ni2+氧化成Ni4+、Co3+氧化成Co4+,该过程中Li Mn O3中的Li+也扩散到已经失去Li+的Li MO2中;当电压充到4.5 V左右时,材料晶格中发生不可逆的结构变化,此时失去Li的Li Mn O3被活化成Mn O2,在放电过程中Mn O2也会提供相应的容量,这也是富锂锰基典型的首圈充放电曲线[41],三种材料的曲线相似可以说明经过掺杂和包覆改性的材料没有改变原有的富锂锰基材料的相结构.由图可以知道LMNC-1、LMNC-2和LMNC-3三种材料的首次放电比容量分别是274.7、253.0和260.7 m Ah·g-1,对应的首次充放电效率为72%、70%和73%,Al掺杂后材料的首次充放电效率没有提高,这是由于Al本身是非电化学活性的;然而包覆后材料首次充放电效率略有提高,这是因为Li2WO4具有良好的Li+导电性,保证更多的Li+脱嵌.结合不同倍率循环图5d可知Al掺杂后会降低放电比容量,这是由于Al掺杂代替了Mn,减少了氧化还原活性的物质[45],而且由于Al3+的半径与Co3+的半径相近,也会有少量的Al会代替Co的位置,这样也会降低材料的放电比容量;然而在1C和2C倍率下Al掺杂有明显高的比容量,这是由于Al的掺杂减小的晶胞参数,稳定材料的结构,保证了更多锂离子的嵌入[42].图4 LMNC-2和LMNC-3材料的EDS照片

【参考文献】：
期刊论文
[1]富锂锰基正极材料的表面改性研究进展[J]. 李钊,王忠,班丽卿,王建涛,卢世刚.  化学学报. 2019(11)



本文编号：2985554