原位碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄阴极材料制备三聚氰胺甲醛树脂预聚物的辅助方法

文摘

碳包覆尖晶石利尼_0.5锰_1。5O₄由喷雾干燥使用预聚物的三聚氰胺甲醛树脂(及)作为碳源碳涂层的层。及碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄以XRD, SEM和其他电化学测量。好了锂镍锰氧化物具有立方面心的空间群Fd3m尖晶石结构。它表现出良好的电化学性能作为锂离子电池阴极材料。100年之后放电和充电周期速度0.5摄氏度,特定的放电容量的碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄130 mAh·g⁻¹,和相应的能力保持为98.8%。第100届周期特定放电容量10 C碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄105.4 mAh·克吗⁻¹,甚至是相应的保留能力为95.2%。

1。介绍

尖晶石利尼_0.5锰_1。5O₄是一种很有前途的和有吸引力的阴极材料,由于其良好的电化学性能和高工作潜力(~ 5.0 V) (1- - - - - -3]。但高速率放电容量远小于理论容量由于低电子电导率和李⁺利尼的离子扩散系数_0.5锰_1。5O₄(4]。因此,许多努力一直致力于提高电子导电率和李⁺离子扩散系数在不同的合成路线5- - - - - -7],掺杂[8- - - - - -12),和涂料13- - - - - -16]。

碳涂层很容易和目前流行的方法17]。在我们的前期研究中,我们发现三聚氰胺甲醛树脂预聚物的均匀涂层表面的金属氧化物和得到碳包覆金属催化剂高温烧结后与丰富的孔隙结构(18]。在这项研究中,为了准备利尼_0.5锰_1。5O₄以及改善高率放电性能,polymer-complex-assisted方法应用。三聚氰胺甲醛树脂预聚物(及作为碳源来完成碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄。

2。实验部分

2.1。材料的合成

合成路线如下:LiOH、镍(没有₃)₂h·6₂O和MnSO₄·H₂O开始被用作前驱的摩尔比率李:倪:Mn = 1.0: 0.5: 1.5。倪(不₃)₂h·6₂O和MnSO₄·H₂O在连续搅拌和分散在去离子水(NH然后慢慢滴₄)₂C₂O₄水溶液。反应后50°C 12 h,然后离心洗涤得到倪_0.5锰_1。5(C₂O₄)₂沉淀。倪_0.5锰_1。5(C₂O₄)₂LiOH,及(10 wt. %)被分散在去离子水中超声分散30分钟到悬架。干了悬架和喷雾干燥方法(入口温度220°C和加料速度6毫升·min)。干产品presintered在500°C N₂大气5 h,然后烧结在800°C N₂大气20 h获得碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄。相比之下,利尼_0.5锰_1。5O₄也没有及合成。

2.2。描述

利尼的结构_0.5锰_1。5O₄材料的特点是使用粉末x射线衍射(XRD、XD-3、北京浦肯野将军,中国)与铜Kα辐射36 kV和20 mA。利尼的形态_0.5锰_1。5O₄确定了场发射扫描电子显微镜(JEOL FE-SEM地产——5600年,日本)。

2032年电化学特征,使用硬币细胞类型。coin-type细胞(2032)与李组装板作为阳极和利尼_0.5锰_1。5O₄电极作为阴极。的利尼_0.5锰_1。5O₄电极是由涂层的泥浆利尼组成的混合物_0.5锰_1。5O₄(80 wt. %),进行代理(Super-p 10 wt. %),和粘结剂(聚乙二烯二氟化物,10 wt. %)在铝箔上,然后在120°C干24 h在真空干燥机。利尼中活性物质的重量_0.5锰_1。5O₄电极是3.0 mg·厘米⁻²。电解液是1摩尔·L⁻¹LiPF₆碳酸亚乙酯的混合物(EC)和碳酸二甲酯(DMC)体积比为1:1。聚丙烯(PP)电影(Celgard 2300)是用作分隔符。后来,coin-type细胞聚集在充氩手套箱。严格检验多通道的电池安全测试单元(ct - 3008 w,中国)是用来测试利尼的自行车和速度性能_0.5锰_1。5O₄在3.5和5.0 V之间的电压范围与李/李⁺在室温下电极。首先,细胞放电和充电两个周期在0.5摄氏度,然后放电和充电100次以不同的速率。循环伏安(CV)进行测试是一个电化学工作站(CHI660A)的扫描速率0.1 mV·s⁻¹3.5 - -5.0 V的范围与李/李⁺。的电化学阻抗谱(EIS)数据电极是在室温下的电化学工作站(CHI660A)在循环频率范围10 mhz - 100千赫,对交流电的振幅10 mV在电极上。

3所示。结果与讨论

图1显示了x射线衍射模式的好利尼_0.5锰_1。5O₄。相比之下,PDF粉末衍射数据文件(JCPDS卡片号80 - 2162),好利尼的衍射峰_0.5锰_1。5O₄在协议与标准衍射峰。这说明,好利尼_0.5锰_1。5O₄立方面心的尖晶石结构和空间群Fd3m [19]。没有改变车站的衍射峰后碳涂层和涂层。衍射峰强度会增强后及碳涂层。碳涂层将有助于改善利尼_0.5锰_1。5O₄结晶度。图2显示FE-SEM利尼的图像_0.5锰_1。5O₄没有涂层,经过10 wt。%及碳涂层。的利尼_0.5锰_1。5O₄维护micronanostructure后碳涂层,但样品的表面变得粗暴,和样品的粗糙度增加及碳涂层。球形的程度逐渐下降。

图3显示第二、50和100的充电和放电曲线的碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄的速度0.5摄氏度。利尼的特定的放电容量_0.5锰_1。5O₄增加及碳涂层后约4.7 V电压高原。第二周期特定放电容量从125.1 mAh·g⁻¹(无涂层)131.7 mAh·g⁻¹(涂料)。100年之后放电和充电周期,具体的碳涂层利尼的放电容量_0.5锰_1。5O₄130 mAh·g⁻¹,甚至是相应的保留能力为98.8%。然而,特定的放电容量没有涂布利尼_0.5锰_1。5O₄88.9 mAh·克吗⁻¹,和相应的能力保持为71.1%。放电和充电曲线表明,及碳涂层减少了电极极化后反复充电和放电周期这表明及涂层有利于改善放电和充电锂镍锰氧化物材料的性能。另一个原因可能是,及碳涂层防止锰^{3 +}溶解在充电和放电的过程,从而减少放电容量的衰减率(20.,21]。

图4显示第二、50和100的充电和放电曲线的碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄的速度10 C。利尼的特定的放电容量_0.5锰_1。5O₄后急剧下降及碳涂层在高速率放电。第二周期特定放电容量从117.9降低mAh·g⁻¹(涂层)到110.6 mAh·g⁻¹(涂料)。及碳涂层阻碍了李⁺在高离子传导率放电和充电。但相应的保留及碳涂层后大大提高了能力。第100届周期特定放电容量的碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄105.4 mAh·克吗⁻¹,甚至是相应的保留能力为95.2%。然而,特定的放电容量没有涂布利尼_0.5锰_1。5O₄85.4 mAh·克吗⁻¹,相应的保留能力为69.1%。

图5显示了简历的曲线及碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄电极。的全面视图中简历曲线,一对氧化还原峰的4 V (Mn^{3 +}/锰^{4 +})和两双分离强氧化还原峰在4.6 - -4.8 V曲线中可以观察到的简历没有碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄电极。这两个强大的氧化还原峰表明两级(倪^{2 +}/倪^{3 +}和倪^{3 +}/倪^{4 +}李)⁺提取或插入到尖晶石框架(22]。及碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄电极时,周围的山峰4 V应该明显削弱。这表明,锰^{3 +}离子溶解及碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄小于无碳涂层(23]。锰的存在^{3 +}LMNO材料扮演着重要角色的能力保留(9]。和利尼的两个氧化还原峰_0.5锰_1。5O₄与10 wt。%及碳涂层重叠广泛的高峰。的循环伏安法曲线及碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄材料表现出较小的潜在间隔显示更高的电极反应的可逆性和低极化。及碳涂层能有效抑制锰^{3 +}剥离和正极活性物质之间的副反应,在高电压电解液。

图6描绘了电极的电化学阻抗谱后获得的第一个周期。半圆的高频(> 100 Hz)在EIS光谱反映了活性材料和电解液之间的接触电阻或电流收集器(24]。利尼的电导率显著改进_0.5锰_1。5O₄因此可以归因于及碳涂层电极(25]。

4所示。结论

及碳涂层利尼_0.5锰_1。5O₄准备的5 V锂离子电池阴极材料的第一次。及碳涂层增加利尼的结晶度_0.5锰_1。5O₄。的好利尼_0.5锰_1。5O₄有三次面心的空间群Fd3m尖晶石结构。及碳涂层大大促进了电化学性能和降低了利尼_0.5锰_1。5O₄电极极化充电和放电的过程中。利尼的循环寿命_0.5锰_1。5O₄显著提高了及碳涂层,尤其是在高率放电和充电。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(没有。21376056也没有。21463030),中国博士后科学基金会(2016 m590781)、广州(没有和科技项目。201509030005也没有。201510010131)。

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