發(fā)布時(shí)間：2021-01-21 20:31

　　分別以碳酸鹽和氧化物為原料,利用強(qiáng)化固相反應(yīng)直接合成LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂超微粉末。采用X射線(xiàn)衍射儀和掃描電子顯微鏡表征了以不同原料合成的產(chǎn)物粉末在結(jié)構(gòu)和形貌上的差異,并分別在常溫（25℃）和高溫（55℃）下對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試。結(jié)果表明:以碳酸鹽為原料的產(chǎn)物L(fēng)C-BM20相比于以氧化物為原料的產(chǎn)物L(fēng)O-BM20具有更為完整的晶體結(jié)構(gòu)和更細(xì)小的粒徑分布;當(dāng)溫度為25℃時(shí),LC-BM20在0.1C（1C=270 mA/g）倍率下的首周庫(kù)倫效率高達(dá)91.9%在6C倍率下的放電比容量仍保持在133.0 mAh/g,在1C倍率下循環(huán)100次后的容量保持率達(dá)到88.2%;當(dāng)溫度為55℃時(shí),LO-BM20的性能更優(yōu)異在0.1C倍率下的首次放電比容量達(dá)到197.0 mAh/g,在1C倍率下循環(huán)100次后的容量保持率達(dá)到82.9%。 

【文章來(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(06)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

不同原料合成的產(chǎn)物粉末的XRD譜:(a)LC-BM20;(b)LO-BM20

圖2是以不同原料合成的產(chǎn)物粉末的SEM圖。從圖2a、b中可以看出，產(chǎn)物L(fēng)C-BM20的粒徑分布范圍較窄，粒徑范圍在200～400 nm;而產(chǎn)物L(fēng)O-BM20的粒徑分布范圍較寬，達(dá)到了200～1 000 nm。與LO-BM20相比，LC-BM20產(chǎn)物的顆粒更細(xì)小，這是因?yàn)樘妓猁}原料在合成Li Ni1/3Co1/3Mn1/3-O2粉末的過(guò)程中會(huì)先進(jìn)行熱分解，生成的氧化物通過(guò)固相擴(kuò)散合成Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2粉末，與直接以氧化物為原料合成的產(chǎn)物相比，熱分解生成的氧化物顆粒更細(xì)小，從而使得合成的LC-BM20粉末粒徑相應(yīng)減小。此外，產(chǎn)物L(fēng)C-BM20顆粒的表面光潔度更好，而產(chǎn)物L(fēng)O-BM20的部分顆粒外可見(jiàn)附著的細(xì)碎粉末(可能是殘余的微量原料粉末)，這是因?yàn)檠趸镌戏勰╊w粒粒徑比碳酸鹽熱分解后的粉末顆粒粒徑大，后續(xù)固相擴(kuò)散的路程較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致微量未反應(yīng)完全的原料粉末附著在產(chǎn)物的顆粒上。此外在同等體積下，小顆粒間的接觸點(diǎn)較多，因此合成LC-BM20時(shí)有更多的固相擴(kuò)散反應(yīng)可以同時(shí)進(jìn)行，進(jìn)而保證了原料粉末的充分反應(yīng)。由圖2b還可觀察到，與LC-BM20相比，產(chǎn)物L(fēng)O-BM20一次顆粒間的團(tuán)聚現(xiàn)象更明顯。圖3是以不同原料合成的產(chǎn)物粉末的循環(huán)伏安(CV)曲線(xiàn)，可以看出，產(chǎn)物均只有一對(duì)氧化還原峰，對(duì)應(yīng)Ni2+/Ni3+的氧化還原過(guò)程[12]。由圖3可知首次循環(huán)和后兩次循環(huán)的氧化峰和還原峰位置都有一定偏移，這主要是充放電過(guò)程中極化作用引起的，且產(chǎn)物L(fēng)O-BM20的極化作用更明顯。對(duì)比圖3a、b可知，產(chǎn)物L(fēng)C-BM20三次循環(huán)伏安測(cè)試的曲線(xiàn)重復(fù)性更好，氧化峰和還原峰電勢(shì)差更小，因此預(yù)測(cè)產(chǎn)物L(fēng)C-BM20具有更優(yōu)異的電化學(xué)性能。

圖3是以不同原料合成的產(chǎn)物粉末的循環(huán)伏安(CV)曲線(xiàn)，可以看出，產(chǎn)物均只有一對(duì)氧化還原峰，對(duì)應(yīng)Ni2+/Ni3+的氧化還原過(guò)程[12]。由圖3可知首次循環(huán)和后兩次循環(huán)的氧化峰和還原峰位置都有一定偏移，這主要是充放電過(guò)程中極化作用引起的，且產(chǎn)物L(fēng)O-BM20的極化作用更明顯。對(duì)比圖3a、b可知，產(chǎn)物L(fēng)C-BM20三次循環(huán)伏安測(cè)試的曲線(xiàn)重復(fù)性更好，氧化峰和還原峰電勢(shì)差更小，因此預(yù)測(cè)產(chǎn)物L(fēng)C-BM20具有更優(yōu)異的電化學(xué)性能。圖4是以不同原料合成的產(chǎn)物粉末在25℃時(shí)的首次充放電曲線(xiàn)，可知產(chǎn)物L(fēng)C-BM20的首次充放電比容量為202.8m Ah/g和186.3 m Ah/g，首周庫(kù)倫效率為91.9%;產(chǎn)物L(fēng)O-BM20的首次充放電比容量為191.3 m Ah/g和172.8 m Ah/g，首周庫(kù)倫效率為90.3%。由于庫(kù)倫效率與電極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和導(dǎo)電性等因素具有緊密的關(guān)系，因此其是判斷材料電化學(xué)性能的重要參數(shù)。產(chǎn)物的首周庫(kù)倫效率會(huì)影響其后續(xù)的容量表達(dá)，圖4中產(chǎn)物的首周庫(kù)倫效率均超過(guò)了90%，因此可以預(yù)期產(chǎn)物L(fēng)C-BM20和LO-BM20都具有良好的電化學(xué)性能。此外，對(duì)比兩產(chǎn)物的放電比容量數(shù)值可知，產(chǎn)物L(fēng)C-BM20明顯高于LO-BM20，因此預(yù)判產(chǎn)物L(fēng)C-BM20的倍率性能和循環(huán)性能將優(yōu)于LO-BM20，這與兩產(chǎn)物的XRD、SEM和CV檢測(cè)結(jié)果相符。由圖4可知，原料確實(shí)對(duì)產(chǎn)物的首次充放電性能產(chǎn)生了顯著影響。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]尖晶石/層狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)xLiM2O4?（1-x）LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2鋰離子電池正極材料的制備及電化學(xué)性能[J]. 鄭卓,郭孝東,吳振國(guó),向偉,楊秀山.  中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào). 2017(12)



本文編號(hào)：2991842