原料对强化固相反应合成的LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 粉末电化学性能的影响
发布时间：2021-01-21 20:31
分别以碳酸盐和氧化物为原料,利用强化固相反应直接合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2超微粉末。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征了以不同原料合成的产物粉末在结构和形貌上的差异,并分别在常温（25℃）和高温（55℃）下对产物进行了电化学性能测试。结果表明:以碳酸盐为原料的产物LC-BM20相比于以氧化物为原料的产物LO-BM20具有更为完整的晶体结构和更细小的粒径分布;当温度为25℃时,LC-BM20在0.1C（1C=270 mA/g）倍率下的首周库伦效率高达91.9%在6C倍率下的放电比容量仍保持在133.0 mAh/g,在1C倍率下循环100次后的容量保持率达到88.2%;当温度为55℃时,LO-BM20的性能更优异在0.1C倍率下的首次放电比容量达到197.0 mAh/g,在1C倍率下循环100次后的容量保持率达到82.9%。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
不同原料合成的产物粉末的XRD谱:(a)LC-BM20;(b)LO-BM20
图2是以不同原料合成的产物粉末的SEM图。从图2a、b中可以看出，产物LC-BM20的粒径分布范围较窄，粒径范围在200～400 nm;而产物LO-BM20的粒径分布范围较宽，达到了200～1 000 nm。与LO-BM20相比，LC-BM20产物的颗粒更细小，这是因为碳酸盐原料在合成Li Ni1/3Co1/3Mn1/3-O2粉末的过程中会先进行热分解，生成的氧化物通过固相扩散合成Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2粉末，与直接以氧化物为原料合成的产物相比，热分解生成的氧化物颗粒更细小，从而使得合成的LC-BM20粉末粒径相应减小。此外，产物LC-BM20颗粒的表面光洁度更好，而产物LO-BM20的部分颗粒外可见附着的细碎粉末(可能是残余的微量原料粉末)，这是因为氧化物原料粉末颗粒粒径比碳酸盐热分解后的粉末颗粒粒径大，后续固相扩散的路程较长，从而导致微量未反应完全的原料粉末附着在产物的颗粒上。此外在同等体积下，小颗粒间的接触点较多，因此合成LC-BM20时有更多的固相扩散反应可以同时进行，进而保证了原料粉末的充分反应。由图2b还可观察到，与LC-BM20相比，产物LO-BM20一次颗粒间的团聚现象更明显。图3是以不同原料合成的产物粉末的循环伏安(CV)曲线，可以看出，产物均只有一对氧化还原峰，对应Ni2+/Ni3+的氧化还原过程[12]。由图3可知首次循环和后两次循环的氧化峰和还原峰位置都有一定偏移，这主要是充放电过程中极化作用引起的，且产物LO-BM20的极化作用更明显。对比图3a、b可知，产物LC-BM20三次循环伏安测试的曲线重复性更好，氧化峰和还原峰电势差更小，因此预测产物LC-BM20具有更优异的电化学性能。
图3是以不同原料合成的产物粉末的循环伏安(CV)曲线，可以看出，产物均只有一对氧化还原峰，对应Ni2+/Ni3+的氧化还原过程[12]。由图3可知首次循环和后两次循环的氧化峰和还原峰位置都有一定偏移，这主要是充放电过程中极化作用引起的，且产物LO-BM20的极化作用更明显。对比图3a、b可知，产物LC-BM20三次循环伏安测试的曲线重复性更好，氧化峰和还原峰电势差更小，因此预测产物LC-BM20具有更优异的电化学性能。图4是以不同原料合成的产物粉末在25℃时的首次充放电曲线，可知产物LC-BM20的首次充放电比容量为202.8m Ah/g和186.3 m Ah/g，首周库伦效率为91.9%;产物LO-BM20的首次充放电比容量为191.3 m Ah/g和172.8 m Ah/g，首周库伦效率为90.3%。由于库伦效率与电极活性物质的结构、形态和导电性等因素具有紧密的关系，因此其是判断材料电化学性能的重要参数。产物的首周库伦效率会影响其后续的容量表达，图4中产物的首周库伦效率均超过了90%，因此可以预期产物LC-BM20和LO-BM20都具有良好的电化学性能。此外，对比两产物的放电比容量数值可知，产物LC-BM20明显高于LO-BM20，因此预判产物LC-BM20的倍率性能和循环性能将优于LO-BM20，这与两产物的XRD、SEM和CV检测结果相符。由图4可知，原料确实对产物的首次充放电性能产生了显著影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]尖晶石/层状异质结构xLiM2O4?（1-x）LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2锂离子电池正极材料的制备及电化学性能[J]. 郑卓,郭孝东,吴振国,向伟,杨秀山. 中国有色金属学报. 2017(12)
本文编号：2991842
【文章来源】：材料导报. 2020,34(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
不同原料合成的产物粉末的XRD谱:(a)LC-BM20;(b)LO-BM20
图2是以不同原料合成的产物粉末的SEM图。从图2a、b中可以看出，产物LC-BM20的粒径分布范围较窄，粒径范围在200～400 nm;而产物LO-BM20的粒径分布范围较宽，达到了200～1 000 nm。与LO-BM20相比，LC-BM20产物的颗粒更细小，这是因为碳酸盐原料在合成Li Ni1/3Co1/3Mn1/3-O2粉末的过程中会先进行热分解，生成的氧化物通过固相扩散合成Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2粉末，与直接以氧化物为原料合成的产物相比，热分解生成的氧化物颗粒更细小，从而使得合成的LC-BM20粉末粒径相应减小。此外，产物LC-BM20颗粒的表面光洁度更好，而产物LO-BM20的部分颗粒外可见附着的细碎粉末(可能是残余的微量原料粉末)，这是因为氧化物原料粉末颗粒粒径比碳酸盐热分解后的粉末颗粒粒径大，后续固相扩散的路程较长，从而导致微量未反应完全的原料粉末附着在产物的颗粒上。此外在同等体积下，小颗粒间的接触点较多，因此合成LC-BM20时有更多的固相扩散反应可以同时进行，进而保证了原料粉末的充分反应。由图2b还可观察到，与LC-BM20相比，产物LO-BM20一次颗粒间的团聚现象更明显。图3是以不同原料合成的产物粉末的循环伏安(CV)曲线，可以看出，产物均只有一对氧化还原峰，对应Ni2+/Ni3+的氧化还原过程[12]。由图3可知首次循环和后两次循环的氧化峰和还原峰位置都有一定偏移，这主要是充放电过程中极化作用引起的，且产物LO-BM20的极化作用更明显。对比图3a、b可知，产物LC-BM20三次循环伏安测试的曲线重复性更好，氧化峰和还原峰电势差更小，因此预测产物LC-BM20具有更优异的电化学性能。
图3是以不同原料合成的产物粉末的循环伏安(CV)曲线，可以看出，产物均只有一对氧化还原峰，对应Ni2+/Ni3+的氧化还原过程[12]。由图3可知首次循环和后两次循环的氧化峰和还原峰位置都有一定偏移，这主要是充放电过程中极化作用引起的，且产物LO-BM20的极化作用更明显。对比图3a、b可知，产物LC-BM20三次循环伏安测试的曲线重复性更好，氧化峰和还原峰电势差更小，因此预测产物LC-BM20具有更优异的电化学性能。图4是以不同原料合成的产物粉末在25℃时的首次充放电曲线，可知产物LC-BM20的首次充放电比容量为202.8m Ah/g和186.3 m Ah/g，首周库伦效率为91.9%;产物LO-BM20的首次充放电比容量为191.3 m Ah/g和172.8 m Ah/g，首周库伦效率为90.3%。由于库伦效率与电极活性物质的结构、形态和导电性等因素具有紧密的关系，因此其是判断材料电化学性能的重要参数。产物的首周库伦效率会影响其后续的容量表达，图4中产物的首周库伦效率均超过了90%，因此可以预期产物LC-BM20和LO-BM20都具有良好的电化学性能。此外，对比两产物的放电比容量数值可知，产物LC-BM20明显高于LO-BM20，因此预判产物LC-BM20的倍率性能和循环性能将优于LO-BM20，这与两产物的XRD、SEM和CV检测结果相符。由图4可知，原料确实对产物的首次充放电性能产生了显著影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]尖晶石/层状异质结构xLiM2O4?（1-x）LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2锂离子电池正极材料的制备及电化学性能[J]. 郑卓,郭孝东,吴振国,向伟,杨秀山. 中国有色金属学报. 2017(12)
本文编号：2991842
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