富鋰錳基固溶體核殼復(fù)合電極材料的制備及電化學(xué)研究.pdf

1、富鋰錳基固溶體電極材料因其比容量高、成本低、污染輕等優(yōu)點(diǎn)，成為時(shí)下高能密度鋰離子電池的熱門正極材料。然而，因?yàn)槠渲写嬖贚i2MnO3絕緣組分，導(dǎo)致此材料的電子電導(dǎo)率低，致使其倍率性能不夠理想。而且，充電至較高電壓（~4.7V）時(shí)脫出Li2O，引起其首次充放電庫(kù)侖效率低，嚴(yán)重制約了富鋰錳基固溶體正極材料在鋰離子電池中的廣泛應(yīng)用。針對(duì)以上問題，我們進(jìn)行了如下研究：
　　首先，采用溶膠-凝膠法制備富鋰錳基固溶體材料LMSS。SEM圖顯示

2、了材料的形貌特征，顆粒表面光滑，粒徑較小。XRD圖說(shuō)明該法制備的材料樣品為純相，材料結(jié)構(gòu)良好，晶格完整有序。該電極材料在2.0~4.8 V電壓范圍內(nèi)，0.1、0.2、0.5、1和2 C倍率的首次放電比容量分別為258.3、240.2、225.4、204.2和174.9 mAh·g-1，首次充放電庫(kù)侖效率分別為74.1％、75.2%、77.1%、81.1%和79.3%，循環(huán)50次后的容量保持率分別為73.8%、69.9%、69.6%、68

3、.1%和66.4%。其中，2 C首次放電比容量為0.1 C的67.7%。結(jié)果顯示，此材料的倍率性能和循環(huán)性能不夠理想，首次充放電庫(kù)侖效率較低。
　　然后，對(duì)上述電極材料LMSS進(jìn)行AlF3/C雜化層表面包覆制備樣品LMSAC。XRD測(cè)試結(jié)果表明，包覆AlF3/C后，電極材料的晶體結(jié)構(gòu)并未改變；SEM圖顯示包覆后材料表面狀態(tài)發(fā)生變化；BET測(cè)試結(jié)果表明，包覆后的電極材料比表面積顯著減小，孔體積也顯著減小。LMSS在0.2 C倍率的首

4、次充放電庫(kù)侖效率僅為75.2%，包覆 A1F3/C后，LMSAC的首次充放電庫(kù)侖效率達(dá)到89.0%。在0.1、0.2、0.5、1和2 C倍率下，LMSAC的首次充放電庫(kù)侖效率分別為90.0%、89.0%、86.7%、88.0%和85.1%，均高于LMSS對(duì)應(yīng)的庫(kù)侖效率。0.1 C和1 C下50次循環(huán)后，LMSAC的容量保持率分別達(dá)到97.4%和96.8%，循環(huán)性能得到明顯改善。2 C首次放電比容量為210.1 mAh·g-1，為0.1

5、C放電容量的75.6%，倍率性能得到一定程度的提高。
　　最后，對(duì)電極材料LMSS進(jìn)行V2O5以及不同碳含量的共同包覆得到樣品LMSVC。XRD譜圖證明，在包覆V2O5/C雜化層后其晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變。SEM照片顯示，表面包覆樣品的表面狀態(tài)有所改變。BET測(cè)試結(jié)果表明，表面包覆樣品LMSVC的比表面積明顯增大，形成多孔結(jié)構(gòu)，孔體積明顯增大。其中， LMSVC1的電化學(xué)性能最佳，其在0.1 C倍率下的首次放電比容量為272.3 mA

6、h·g-1，首次充放電庫(kù)侖效率高達(dá)95.1%；0.1 C下循環(huán)50次后，容量保持率為88.9%。LMSS、LMSVC1、LMSVC2和LMSVC3的初始放電比容量分別為258.3、272.3、262.0和231.0 mAh·g-1，容量保持率分別為73.8%、88.9%、82.1%和79.7%。LMSVC1容量保持率最高，循環(huán)性能最為優(yōu)異。EIS結(jié)果表明，20次循環(huán)后，LMSVC1的電荷轉(zhuǎn)移阻抗的增長(zhǎng)被抑制。采用V2O5/C雜化層包覆富