上海紫一試劑廠專注電池類新材料的開發(fā)

富鋰摻雜Li1.06Co0.05Cr0.1Mn1.85O4的合成及電化學性能研究

   鋰離子電池具有比能量高、功率大、使用壽命長、無記憶效應、性能價格比高等優(yōu)點,從而成為可充式電源的主要選擇對象.錳由于資源豐富、價廉、環(huán)境友好等優(yōu)點,使錳酸鋰(LiMn2O4)成為最有希望取代鈷酸鋰的正極材料.但錳酸鋰的放電容量相對較低,結(jié)構(gòu)欠穩(wěn)定,容量衰減嚴重,作為正極材料還無法與鈷酸鋰相比,近年來做了大量的研究工作以改善它的電化學性能[1～6].最近Youngjoon Shin等研究發(fā)現(xiàn)[7]用少量的Li與Ni共同替代LiMn2O4中的Mn得到的LiMn2-2yLiyNiyO4的電化學性能要優(yōu)于單元素替代的LiMn2-xMxO4(M=Li,Cr,Fe,Co,Ni)的電化學性能.

新型水系富鋰錳基電池正極制備及性能優(yōu)化在有機鋰離子電池中,富鋰錳基正極材料因其比容量遠高于目前常用的鈷酸鋰材料,成為近幾年的研究熱點。但是有機鋰離子電池存在電解液有毒、易燃等不足,近幾年環(huán)保意識的不斷提高,尋求更綠色環(huán)保的新能源體系成為研究重點。水系電池使用的電解液為含有相應離子的水溶液,不存在有機電解液燃燒、爆炸的安全隱患,同時電導率高、制作成本低等優(yōu)點,成為最有望替代有機鋰離子電池的新體系。本文采用高溫固相合成法合成所需的正極材料,應用X射線衍射和掃描電子顯微鏡技術(shù)對電極材料進行物相分析,循環(huán)伏安法和恒流充放電技術(shù)對電池進行電化學性能測試,通過實驗分析得到如下結(jié)論。(1)富鋰錳

基Li_2MnO_3在1mol/L硫酸鋰+0.5mol/L硫酸鋅+0.2mol//L硫酸錳混合水溶液電解液中具有*的電化學性能,以0.5C電流測試,首圈放電比容量為66.9mAh/g,庫倫效率為49%,可以長時間穩(wěn)定在250mAh/g附近,倍率性能測試較差。(2)分析電解液對電池性能的影響。通過Li_2MnO_3和Li_2Mn_(1-x)Ni_xO_3正極材料在硫酸鋰、硫酸鋰+硫酸鋅水溶液和硫酸鋰+硫酸鋅+硫酸錳混合水溶液三種不同電解液中電化學性能測試看出,在電解液中添加鋅離子和錳離子可以有效的提高電池的性能。(3)摻入金屬鎳離子的正極材料Li_2Mn_(1-x)Ni_xO_3(x=0.25、0.5和0.75)在三種電解液中的電化學性能均明顯提高,摻入金屬鎳離子,可以有效的提高電池的性能。以1mol/L硫酸鋰+0.5mol/L硫酸鋅+0.2mol//L硫酸錳為電解液,0.5C倍率下測試,三種電極材料首圈放電比容量分別為314.3mAh/g、297.7mAh/g和159.3mAh/g。在倍率測試中,x=0.5具有更好的性能表現(xiàn)。(4)摻入金屬鈷離子的正極材料Li_2Mn_(1-y)Co_yO_3(y=0.1、0.5和0.9)在1mol/L硫酸鋰+0.5mol/L硫酸鋅+0.2mol//L硫酸錳混合水溶液電解液中具有較好的電化學性能,在低電流密度(0.5C)測試下,首圈放電比容量分別為376.7mAh/g、291.2mAh/g和333.1mAh/g。(5)對比Li_2MnO_3、Li_2Mn_(0.5)Ni_(0.5)O_3和Li_2Mn_(0.5)Co_(0.5)O_3三種材料倍率性能對比分析,在較低倍率性能下(尤其在0.5C倍率時),Li_2Mn_(0.5)Co_(0.5)O_3具有*的放電性能(350mAh/g左右),遠高于Li_2MnO_3和Li_2Mn_(0.5)Ni_(0.5)O_3;在高倍率電流密度下(1.5C倍率以上),Li_2Mn_(0.5)Ni_(0.5)O_3的放電比容量高于其他兩種材料,在6C倍率下,Li_2Mn_(0.5)Ni_(0.5)O_3具有125mAh/g左右,Li_2Mn_(0.5)Co_(0.5)O_3具有90mAh/g左右的放電比容量,Li_2MnO_3僅有25mAh/g。(6)制備的正極材料經(jīng)過軟件Jade 6.5對比分析。反應前正極材料圖譜與標準的Li_2MnO_3(JCPDS No.73-0152)相吻合;反應后的正極材料圖譜與標準的MnO_2(JCPDS No.39-0375)相吻合,正極材料結(jié)構(gòu)變化的原因與可能存在的反應相對應。通過以上結(jié)果對比分析可以得出,摻入金屬鎳離子或鈷離子,可以避免Li_2MnO_3電極材料在充放電過程中的放電比容量“階躍式”衰減情況的發(fā)生,主要是因為鎳離子/鈷離子取代部分錳離子的位置,增加了Li_2MnO_3結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,同時有效的提高電池的放電比容量。摻鎳材料和摻鈷材料進行對比可知,摻鎳材料更適用于高倍率電池,而摻鈷材料更適用于高容量電池,兩者均具有相應的優(yōu)勢。在電解液中加入鋅離子和錳離子,可以有效的提高電池的整體性能,對比三種電解液以及相關(guān)文獻報道,鋰離子與鋅離子的共同脫嵌、鋅離子(Ⅱ)和錳離子(Ⅱ)的協(xié)同作用以及錳離子的氧化還原反應為整個電池的充放電反應提供容量。因此在含鋰離子、鋅離子和錳離子電解液中,電池具有*的性能。

更多產(chǎn)品請登陸克拉瑪爾  官網(wǎng)查詢

公司聯(lián)系電話：021-67152090,4001650900