Preparation and Lithium Storage Performance of Pseudocapacitance-controlled Perovskite High-entropy Oxide La（Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2）O3 Anode Materials

doi:10.7503/cjcu20220157

Abstract

Abstract:

La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ high-entropy oxide（HEO） was prepared by co-precipitation using metal nitrate as the metal source， NaOH and Na₂CO₃ as the precipitant and explored as a novel anode active material for lithium-ion batteries（LIBs）. The microstructure and electrochemical properties of as-synthesized La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ HEO were investigated and also compared with conventional LaCoO₃. Scanning electron microscopy（SEM）， X-ray diffraction（XRD） and N₂ adsorption/desorption tests showed that the as-prepared La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ HEO was a single-phase perovskite structure， and spherical shape with chemical and microstructural homogeneity， and high specific surface area（19.83 m²/g）. As compared to conventional LaCoO₃， the La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ anode material not only provides the higher specific capacity， but also exhibits excellent rate performance and cycling stability. The initial discharge specific capacity of La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ anode is 855.8 mA·h/g at the current density of 200 mA/g， and after 150 cycles， the specific capacity increases to 771.8 mA·h/g， which is much higher than the theoretical capacity（331.6 mA·h/g）. It is worth noting that La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ anode delivers the specific capacitity of 320 mA·h/g at 3000 mA/g with a capacity retention rate of 95.1% after 500 cycles， which is close to its theoretical capacity. The improved lithium storage performance of La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ is mainly attributed to the entropy-stabilized crystal structure and the multiprincipal synergistic effect， resulting in the improved lithium ion diffusion coefficient（11.2×10^-18 cm²/s） and pseudocapacitance contribution.

Key words: Lithium-ion battery, High entropy oxide, Perovskite structure, Anode material, Pseudocapacitance

CLC Number:

O646

TrendMD:

JIA Yanggang, SHAO Xia, CHENG Jie, WANG Pengpeng, MAO Aiqin. Preparation and Lithium Storage Performance of Pseudocapacitance-controlled Perovskite High-entropy Oxide La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ Anode Materials[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220157.

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Sample	R_s/Ω			R_ct/Ω			10²⁰D_Li+/（cm²·s^-1）
Sample	Pristine	3rd	150th	Pristine	3rd	150th	Pristine	3rd	150th
La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃	6.7	3.9	4.2	176.3	15.1	27.6	4.5	523	1120
LaCoO₃	4.1	4.8	5.4	95.1	15.2	14.8	6.7	331	547

Sample	R_s/Ω			R_ct/Ω			10²⁰D_Li+/（cm²·s^-1）
Sample	Pristine	3rd	150th	Pristine	3rd	150th	Pristine	3rd	150th
La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃	6.7	3.9	4.2	176.3	15.1	27.6	4.5	523	1120
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Preparation and Lithium Storage Performance of Pseudocapacitance-controlled Perovskite High-entropy Oxide La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ Anode Materials

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