ZrO 2 掺杂和MgO包覆协同增强LiNi 0.88 Co 0.09 Mn 0.03 O 2 的电化学性能
发布时间：2021-11-16 07:19
为提高LiNi0.88Co0.09Mn0.03O2的电化学性能与热稳定性,采用ZrO2掺杂和MgO包覆,成功合成一系列正极材料。采用粉末衍射仪、扫描电子显微镜、差失扫描量热仪、充放电测试仪、电化学阻抗对材料的物理性能与电化学性能分析测试。结果表明,相比纯样品,掺锆与掺锆包镁材料的热稳定性分别提高了5.7与8.3℃;其100次循环后容量保持率由82.52%分别提高至91.68%与95.96%,并且有比较好的倍率性能;电化学阻抗减小至275.9Ω,证实了掺锆包镁可有效改善材料的循环性能与热稳定性。
【文章来源】：电源技术. 2020,44(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图４ｂ是第１００次循环得到的２５?Ｃ放电曲线
４０?８０?１２０?１６０?２００?２４０??放电比容量／（ｍＡｈ．?ｇ—１）??２０?４０?６０?８０?１００??循环次数??２０?４０?６０?８０?１００??循环次数??图５??１次循环Ｈ２－Ｈ３相的峰强大小基本未变，说明基本没有不可逆??相出现。图４（ｂ）是第１００次循环得到的２５?Ｃ放电曲线。??图４（ｂ）是１?Ｃ、２５?＂Ｃ下循环１００次后，在４．２?Ｖ时，ＬＮＣＭ??的Ｈ２—Ｈ３的峰强明显降低，说明了在循环过程中Ｈ２－Ｈ３相??变不可逆性增加。这可能是机械应力引起严重的结构坍塌造成??了有害的?Ｈ２－Ｈ３?相变。而?ＬＮＣＭＺ－０．１、ＬＮＣＭＺ＞Ｍ?的?Ｈ２－Ｈ３?峰??强变化比较小，说明掺锆与包镁可以有效减小材料在循环过程??中的不可逆相变。同时，当还原峰向低电位移动时氧化峰明显??向高电位移动，说明了循环后三种材料的电位差逐渐增大，其??中ＬＮＣＭ的氧化还原电位差最大为０．１６９?８?Ｖ，而掺锆的电位??差为０．０７７?８?Ｖ，掺错包镁的为０．０５４?７?Ｖ，从而说明掺杂以及掺??杂包覆可以有效减小电池充放电过程中的极化现象，并且提高??了材料的结构稳定性，抑制其相变利于改善循环稳定性。??２．４热稳定性分析??将半电池在０．１?Ｃ下充放电一次后继续充至４．３?Ｖ停止，??得到三种材料的热稳定曲线（图５）。在５０？３５０＇Ｃ下以５－Ｃ／ｍｉｎ??０．２０??０．１！??０．Ｋ??—：〇．〇？＊??＾?０．０（??－０．１（??－Ｏ．ｌｆ??－０．２（??—０．２ｆ??镲??图４??１００??０?５?１０?１５?２０?２５??循环次数??图３?⑻ＬＮＣＭＺ、ＬＮＣＭＺ
究与设计??赶逄歧ｉ＇??扫描测试。ＬＮＣＭ、ＬＮＣＭＺ＞０．１以及ＬＮＣＭＺ－Ｍ的放热峰分别??是２１３．６、２１８．３与２２１．９?Ｘ：。相比ＬＮＣＭ，掺锆以及掺锆包镁的??放热峰分别向右偏移了?５．７、８．３?‘Ｃ?，说明放热峰温度增加，而??放热峰的面积逐渐减小，从而证明可掺错以及掺锆包镁能更??好改善材料的热稳定性能。??２．５电化学阻抗分析??电化学阻抗是研究电池在循环过程中动力学行为与锂离??子扩散特征的一种手段。图６是三种正极材料的Ｎｙｑｕｉｓｔｓ图，??其等效电路图对应的是第１次循环与第１００次循环的曲线。??其中尽代表电池内部欧姆阻抗，反映了隔膜、极片的电导率；??风与ＣＰ岛表示电极与电解质界面形成的膜阻抗与电容；凡与??ＧＰ＾表示电子转移阻抗；Ｗ表示锂离子迁移阻抗。引起这些??原因可能是充放电过程中引起结构转变与降解造成的图６??（ａ）是循环１次后显示由一个高频半圆与直线组成。与ＬＮＣＭ??相比，掺锆包镁正极材料的电子转移阻抗明显减小，这是因为??掺Ｚｒ０２不仅提高电子导电性，而且缩短了离子迁移路径，以及??包覆ＭｇＯ可降低电解液与材料表面的副反应。图６（ｂ）中１００??次循环后Ｈ种材料在低频区没有线性部分，这是与测试设备??的参数设置有关。ＬＮＣＭ与ＬＮＣＭＺ－０．１两种样品恳阻抗增??大，其归因于样品表面与电解液发生副反应，并且电解液渗透??到了二次粒子内部的。而ＬＮＣＭＺ＞Ｍ阻抗减小说明掺锆包镁??不仅可以降低Ｌｉ＋／ＮＰ混排、而且能在循环过程中减缓材料结??构＃塌引起的相变，抑制了电子转移阻抗的增大，并减缓了??ＮｉＯ膜的生成。此外，根据锂离子扩散系数公式评价三种材料??的锂离
本文编号：3498405
【文章来源】：电源技术. 2020,44(09)北大核心
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【部分图文】：
图４ｂ是第１００次循环得到的２５?Ｃ放电曲线
４０?８０?１２０?１６０?２００?２４０??放电比容量／（ｍＡｈ．?ｇ—１）??２０?４０?６０?８０?１００??循环次数??２０?４０?６０?８０?１００??循环次数??图５??１次循环Ｈ２－Ｈ３相的峰强大小基本未变，说明基本没有不可逆??相出现。图４（ｂ）是第１００次循环得到的２５?Ｃ放电曲线。??图４（ｂ）是１?Ｃ、２５?＂Ｃ下循环１００次后，在４．２?Ｖ时，ＬＮＣＭ??的Ｈ２—Ｈ３的峰强明显降低，说明了在循环过程中Ｈ２－Ｈ３相??变不可逆性增加。这可能是机械应力引起严重的结构坍塌造成??了有害的?Ｈ２－Ｈ３?相变。而?ＬＮＣＭＺ－０．１、ＬＮＣＭＺ＞Ｍ?的?Ｈ２－Ｈ３?峰??强变化比较小，说明掺锆与包镁可以有效减小材料在循环过程??中的不可逆相变。同时，当还原峰向低电位移动时氧化峰明显??向高电位移动，说明了循环后三种材料的电位差逐渐增大，其??中ＬＮＣＭ的氧化还原电位差最大为０．１６９?８?Ｖ，而掺锆的电位??差为０．０７７?８?Ｖ，掺错包镁的为０．０５４?７?Ｖ，从而说明掺杂以及掺??杂包覆可以有效减小电池充放电过程中的极化现象，并且提高??了材料的结构稳定性，抑制其相变利于改善循环稳定性。??２．４热稳定性分析??将半电池在０．１?Ｃ下充放电一次后继续充至４．３?Ｖ停止，??得到三种材料的热稳定曲线（图５）。在５０？３５０＇Ｃ下以５－Ｃ／ｍｉｎ??０．２０??０．１！??０．Ｋ??—：〇．〇？＊??＾?０．０（??－０．１（??－Ｏ．ｌｆ??－０．２（??—０．２ｆ??镲??图４??１００??０?５?１０?１５?２０?２５??循环次数??图３?⑻ＬＮＣＭＺ、ＬＮＣＭＺ
究与设计??赶逄歧ｉ＇??扫描测试。ＬＮＣＭ、ＬＮＣＭＺ＞０．１以及ＬＮＣＭＺ－Ｍ的放热峰分别??是２１３．６、２１８．３与２２１．９?Ｘ：。相比ＬＮＣＭ，掺锆以及掺锆包镁的??放热峰分别向右偏移了?５．７、８．３?‘Ｃ?，说明放热峰温度增加，而??放热峰的面积逐渐减小，从而证明可掺错以及掺锆包镁能更??好改善材料的热稳定性能。??２．５电化学阻抗分析??电化学阻抗是研究电池在循环过程中动力学行为与锂离??子扩散特征的一种手段。图６是三种正极材料的Ｎｙｑｕｉｓｔｓ图，??其等效电路图对应的是第１次循环与第１００次循环的曲线。??其中尽代表电池内部欧姆阻抗，反映了隔膜、极片的电导率；??风与ＣＰ岛表示电极与电解质界面形成的膜阻抗与电容；凡与??ＧＰ＾表示电子转移阻抗；Ｗ表示锂离子迁移阻抗。引起这些??原因可能是充放电过程中引起结构转变与降解造成的图６??（ａ）是循环１次后显示由一个高频半圆与直线组成。与ＬＮＣＭ??相比，掺锆包镁正极材料的电子转移阻抗明显减小，这是因为??掺Ｚｒ０２不仅提高电子导电性，而且缩短了离子迁移路径，以及??包覆ＭｇＯ可降低电解液与材料表面的副反应。图６（ｂ）中１００??次循环后Ｈ种材料在低频区没有线性部分，这是与测试设备??的参数设置有关。ＬＮＣＭ与ＬＮＣＭＺ－０．１两种样品恳阻抗增??大，其归因于样品表面与电解液发生副反应，并且电解液渗透??到了二次粒子内部的。而ＬＮＣＭＺ＞Ｍ阻抗减小说明掺锆包镁??不仅可以降低Ｌｉ＋／ＮＰ混排、而且能在循环过程中减缓材料结??构＃塌引起的相变，抑制了电子转移阻抗的增大，并减缓了??ＮｉＯ膜的生成。此外，根据锂离子扩散系数公式评价三种材料??的锂离
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