xLi[Li1/3Mn2/3]O2-(1-x)LiNi5/12Mn5/12Co2/12O2(0≤x≤0.8)的结构与电化学性能

doi:10.7503/cjcu20130102

高等学校化学学报 ›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (10): 2395.doi: 10.7503/cjcu20130102

xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂-(1-x)LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂(0≤x≤0.8)的结构与电化学性能

刘伟伟, 金子信悟, 方国清, 孙洪丹, 夏丙波, 郑军伟, 李德成

江苏省锂离子电池材料重点实验室, 苏州大学化学电源研究所, 苏州 215006

收稿日期:2013-01-28 出版日期:2013-10-10 发布日期:2013-10-10
作者简介:李德成,男,博士,教授,主要从事锂离子电池材料研究.E-mail:lidecheng@suda.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号:21073130)和美国富美实(FMC)公司项目资助.

Structure and Electrochemical Properties of xLi[Li_1/3Mn_2/3] O₂-(1-x)LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂(0≤x≤0.8)

LIU Wei-Wei, KANEKO Shingo, FANG Guo-Qing, SUN Hong-Dan, XIA Bing-Bo, ZHENG Jun-Wei, LI De-Cheng

Key Laboratory of Lithium-ion Battery Materials of Jiangsu Province, Institute of Chemical Power Sources, Soochow University, Suzhou 215006, China

Received:2013-01-28 Online:2013-10-10 Published:2013-10-10

摘要/Abstract

摘要：

采用喷雾干燥法制备了xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂-(1-x)LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂(0≤x≤0.8)系列富锂层状固溶体正极材料, 并通过X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗测试(EIS)以及充放电测试等多种手段研究了样品组分中Li₂MnO₃ 含量变化对材料结构及电化学性能的影响.研究发现, 材料的微观结构随着Li₂MnO₃含量的增加而逐渐发生转变.当x≤0.2时, 样品的微观结构与其母体材料LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂相似; 而当x≥0.4时, 样品的微观结构与Li₂MnO₃有很高的相似性.当x=0.3时, 材料表现出两相共存的特征.HRTEM结果显示, 随着Li₂MnO₃含量的增加, 样品中过渡金属原子的排列逐渐由长程有序转变为长程无序而短程有序, 并且在高Li₂MnO₃含量的样品中观察到了金属阳离子混排的现象.充放电测试结果表明, 当x≤0.6时, 材料的放电比容量随着x的增加而增加; 当x>0.6时, 其放电比容量则随着x的增加而下降; 当x=0.6时, 放电比容量最高, 室温及高温(50℃)下分别为260 和304 mA·h/g.EIS研究结果表明, 这种微观结构上由有序向无序的转变会导致材料电荷转移阻抗的增加, 进而影响材料的电化学性能.

关键词: 锂离子电池, 富锂正极材料, 微观结构, 电化学性能

Abstract:

Li-rich layered cathode materials xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂-(1-x)LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂(0≤x≤0.8)were prepared via spray-dry method. X-ray diffraction(XRD), high resolution transmission electron microscopy(HRTEM), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), electrochemical impedance spectroscopy(EIS) and charge-discharge tests were carried out to investigate the influence of the amount of Li₂MnO₃ component on the structure and electrochemical properties of the materials. It is found that the micro-structure changes with the increase of Li₂MnO₃ content in composition. In the case x≤0.2, the crystal structure of material is similar to parent material LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂. When x≥0.4, the materials show Li₂MnO₃-like structure. And the two structures co-exist in sample of x=0.3. HRTEM observations reveal that the arrangement of transition mental ions in the internal structure transfer from long-range order to long-range disorder and short-range order. As the x value increases from 0.1 to 0.8, the discharge capacity of material increases gradually when x≤0.6, and decreases gradually when x>0.6. It is reasonable considering the increase of charge transfer resistence detected by EIS. As a result, when x=0.6, the material exhibts the highest discharge capacity, which is about 260 mA·h/g at room tempreature and 304 mA·h/g at high tempreature(50℃). The EIS research shows that the micro-structural transformation from order to disorder increases the charge transfer resistance of material, thus yield poor electrochemical performances.

Key words: Lithium ion battery, Li-rich cathode material, Micro-structure, Electrochemical property

中图分类号:

TrendMD:

刘伟伟, 金子信悟, 方国清, 孙洪丹, 夏丙波, 郑军伟, 李德成. xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂-(1-x)LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂(0≤x≤0.8)的结构与电化学性能. 高等学校化学学报, 2013, 34(10): 2395.

LIU Wei-Wei, KANEKO Shingo, FANG Guo-Qing, SUN Hong-Dan, XIA Bing-Bo, ZHENG Jun-Wei, LI De-Cheng. Structure and Electrochemical Properties of xLi[Li_1/3Mn_2/3] O₂-(1-x)LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂(0≤x≤0.8). Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(10): 2395.

参考文献

[1] Goodenough J. B., Kim Y., J. Power Sources, 2011, 196, 6688—6694

[2] Lu H. Q., Wu F., Su Y. F., Li N., Chen S., Bao L. Y., Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(4), 946—951(卢华权, 吴锋, 苏岳锋, 李宁, 陈实, 包丽颖. 高等学校化学学报, 2011, 32(4), 946—951)

[3] He S. C., Zhang Q., Liu W. W., Fang G. Q., Sato Y., Zheng J. W., Li D. C., Chem. Res. Chinese Universities, 2013, 29(2), 329—332

[4] Zhang X. P., Guo H. J., Li X. H., Wang Z. X., Peng W. J., Wu L., Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(2), 236—242(张晓萍, 郭华军, 李新海, 王志兴, 彭文杰, 伍凌. 高等学校化学学报, 2012, 33(2), 236—242)

[5] Wang S. J., Zhao Y. J., Zhao C. S., Xia D. G., Chem. J. Chinese Universities, 2009, 30(12), 2358—2362(王绥军, 赵煜娟, 赵春松, 夏定国. 高等学校化学学报, 2009, 30(12), 2358—2362)

[6] Johnson C. S., Dees D. W., Mansuetto M. F., Mansuetto M. F., Thackeray M. M., Vissers D. R., Argyriou D., Loong C. K., Christensen L., J. Power Sources, 1997, 68, 570—577

[7] Thackeray M. M., Kang S. H., Johnson C. S., Vaughey J. T., Benedek R., Hackney S. A., J. Mater. Chem., 2007, 17, 3112—3125

[8] Johnson C. S., Li N., Lefief C., Vaughey J. T., Thackeray M. M., Chem. Mater., 2008, 20, 6095—6106

[9] Lu Z., Dahn J. D., J. Electrochem. Soc., 2002, 149(7), A815—A822

[10] Arunkumar T. A., Manthiram A., Chem. Mater., 2007, 19, 3067—3073

[11] Rajakumar S., Thirunakaran R., Sivashanmugam A., Yamaki J. I., Gopukumar S., J. Electrochem. Soc., 2009, 156(3), A246—A252

[12] Rumble C., Conry T. E., Doeff M., Cairns E. J., Penner-Hahn J. E., Deb A., J. Electrochem. Soc., 2010, 157(12), A1317—A1322

[13] Ito A., Li D., Ohsawa Y., Hatano M., Horie H., Ohsawa Y., J. Power Sources, 2008, 183, 344-346

[14] Park Y. S., Choi K. H., Park H. K., Lee S. M., J. Electrochem. Soc., 2010, 157(7), A850—A853

[15] Shin D., Wolverton C., Croy J. R., Balasubramanian M., Kang S. H., Rivera C. M. L., Thackeray M. M., J. Electrochem. Soc., 2012, 159(2), A121—A127

[16] Aklalouch M., Rojas R. M., Rojo J. M., Saadoune I., Amarilla J. M., Electrochim. Acta, 2009, 54, 7542—7550

[17] Ju J. H., Ryu K. S., J. Alloys Compd., 2011, 509, 7985—7992

[18] Lee K. S., Myung S. T., Sun Y. K., J. Power Sources, 2010, 195, 6043—6048

[19] Ito A., Li D., Sato Y., Arao M., Watanabe M., Hatano M., Horie H., Ohsawa Y., J. Power Sources, 2010, 195, 567—573

[20] Li D., Sasaki Y., Kobayakawa K., Sato Y., J. Power Sources, 2006, 157, 488—493

[21] Ito A., Shoda K., Sato Y., Hatano M., Horie H., Ohsawa Y., J. Power Sources, 2011, 196, 4785—4790

[22] Thackeray M. M., Kang S. H., Johnson C. S., Vaughey J. T., Hackney S. A., Electrochem. Commun., 2006, 8, 1531—1538

[23] Yin S. C., Rho Y. H., Swainson I., Nazar L. F., Chem. Mater., 2006, 18, 1901—1910

[24] Saavedra-Arias J. J., Rao C. V., Shojan J., Manivannan A., Torres L., Ishikawa Y., Katiyar R. S., J. Power Sources, 2012, 211, 12—18

[25] Todorov Y. M., Numata K., Electrochim. Acta, 2004, 50, 495—499

xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂-(1-x)LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂(0≤x≤0.8)的结构与电化学性能

Structure and Electrochemical Properties of xLi[Li_1/3Mn_2/3] O₂-(1-x)LiNi_5/12Mn_5/12Co_2/12O₂(0≤x≤0.8)

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	贾洋刚, 邵霞, 程婕, 王朋朋, 冒爱琴. 赝电容控制型钙钛矿高熵氧化物La(Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2)O₃负极材料的制备及储锂性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220157.
[2]	侯从聪, 王惠颖, 李婷婷, 张志明, 常春蕊, 安立宝. N-CNTs/NiCo-LDH复合材料的制备及电化学性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220351.
[3]	鲍俊全, 郑仕兵, 苑旭明, 史金强, 孙田将, 梁静. 有机盐PTO(KPD)₂作为高性能锂离子电池正极材料的研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2911.
[4]	李辉阳, 朱思颖, 李莎, 张桥保, 赵金保, 张力. 锂离子电池硅氧化物负极首次库伦效率的影响因素与提升策略[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2342.
[5]	卓增庆, 潘锋. 基于软X射线光谱的锂电池材料的电子结构与演变的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2332.
[6]	吴卓彦, 李至, 赵旭东, 王倩, 陈顺鹏, 常兴华, 刘志亮. 一步法高效制备纳米Si/C复合材料及其在高性能锂离子电池中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2500.
[7]	易聪华, 苏华坚, 钱勇, 李琼, 杨东杰. 木质素纳米炭的制备及作为锂离子电池负极的性能研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1807.
[8]	王弈艨, 刘凯, 王保国. 高镍三元正极材料的表面包覆策略[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1514.
[9]	毛尔洋, 王莉, 孙永明. 锂离子电池高容量合金基含锂负极材料的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1552.
[10]	刘铁峰, 张奔, 盛欧微, 佴建威, 王垚, 刘育京, 陶新永. 硅负极黏结剂的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1446.
[11]	石颖, 胡广剑, 吴敏杰, 李峰. 低温等离子体在锂离子电池材料中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1315.
[12]	王任衡, 肖哲, 李艳, 孙一翎, 范姝婷, 郑俊超, 钱正芳, 贺振江. 固相烧结法制备锂离子电池正极材料Li₂FeP₂O₇及其电化学性能研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(4): 1299.
[13]	孙全虎, 卢天天, 何建江, 黄长水. 含异原子石墨炔基电极材料的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(2): 366.
[14]	高小雅, 左自成, 李玉良. 石墨炔电化学电池界面构筑[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(2): 321.
[15]	周战, 马录芳, 谭超良. 层状钒青铜纳米片的制备及其锂离子电池阳极材料性能[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(2): 662.