网站首页  词典首页

请输入您要查询的论文:

 

标题 掺杂改性富锂锰基正极材料的研究现状
范文

    段建峰 郭诚

    摘?要:富锂锰基正极材料因为高的比容量(250-300mAh/g),成为目前研究的热点材料,具有非常高的商业前景,但是其还存在这很多缺点,如循環性能差、不可逆容量高等,基于富锂锰基正极材料的结构特点,综述了通过掺杂来提高富锂锰基正极材料性能的研究现状。

    关键词:富锂锰基正极材料;掺杂

    Research status of the doped lithium-rich manganese-based cathode material

    Duan Jianfeng?Guo Cheng

    Jiangxi College of Applied Technology?JiangxiGanzhou?341000

    Abstract:The lithium-rich manganese-based cathode material has great market prospects,due to its high discharge specific capacity(250-300mAh/g).But it still has many problems,such as poor cycle performance,high irreversible capacity and so on.In this paper,Based on the the structure of the lithium-rich manganese-based cathode material,the research progress in the doped structure was reviewed.

    Key words:The lithium-rich manganese-based cathode material;doping elements

    近年来,富锂锰基正极材料成为研究热点。富锂锰基正极材料的能量密度是目前正极材料的1.5-2倍,最具有市场前景;但是其还存在许多不足,如循环性能差、不可逆容量高,循环过程中平台电压降低等,严重影响了其商业化。

    富锂锰基正极材料有三种不同、可以互换的表达形式,分别是:(1)xLi?2 MnO?3·(1-x)LiMO?2(M=Ni、Co、Mn、……,0

    1 Li+位掺杂

    Cao等[1]采用Na+对Li?1.17Na?0.03[Co?0.13Ni?0.13Mn?0.54]O?2材料进行掺杂,材料的放电比容量为307 m A·h/g,循环100次容量保持率为89%。在大电流密度2400 m A/g下,容量仍有139 m A·h/g。

    Li等[2]采用K+对 Li?1.20Mn?0.54Co?0.13Ni?0.13O?2中的Li+进行部分取代,在电流密度为20 mAh·g -1下,循环110周,掺杂K+材料的放电比容量高达267 mAh·g-1,容量保持率为85%。

    2 过渡金属层掺杂

    XIANG等[3]采用Mg2+掺杂LI?1.2NI?0.12CO?0.12MN?0.56O?2正极材料,实验结果表明,当MG的掺杂量为3%(摩尔分数)时,所得材料的电化学性能最好,0.1C时放电比容量达到205.4MAH/G。

    王伟国等[4]采用TI4+对了LI[LI?0.2NI?0.2MN?0.6]O?2材料进行掺杂,实验结果表明,掺杂为2%TI的材料的电化学性能最好,0.1C倍率下,首次放电比容量为226MAH/G,循环30次,仍有保持230MAH/G。

    S.F.KANG等[5]采用稀土元素 Y 对LI[LI?0.20MN?0.534NI?0.133CO?0.133]O?2材料进行掺杂,实验结果表明,充放电倍率为0.1 C时,掺杂Y材料的首次放电比容量达到 349.7 M AH/G,而未掺杂的只有253.7 M AH/G。

    徐宝和等[6]采用共沉淀合成LI[LI?0.15MN?0.575NI?0.275]?1-XSI?XO?2(0≤X≤4%)正极材料,实验结果表明,在2.75V-4.2 V电压区间充放电,掺杂量X=1%的材料电化学性能最佳,首次放电容量为146.7 MAH/G,200次循环容量保持率为92%。

    目前主要的过渡金属掺杂有Mg[3]、Ti[4]、Fe[7]、Cr[8]、Zr、Al、Zn、Sn、Mo等。

    3 O2-位掺杂

    因F-的电负性比O2-强,F-能够和过渡金属形成较强的化学键,从而提高材料的稳定性。J.M.Zheng等[9]研究了采用溶胶-凝胶法合成Li[Li?0.2Mn?0.54Ni?0.13Co?0.13]O?2-xF?x材料,研究了不同F掺杂量对正极材料电化学性能影响,结果表明,在2.0~4.8 V范围内,0.2 C下,当x=0.05时,50次循环后,未掺杂的F的材料保持率只有72.4%,而掺杂F的材料容量保持率为88.1%。

    4 阴阳离子共掺杂

    徐宝和[10]采用Mg2+和F-掺杂Li(Li?0.15Mn?0.575Ni?0.275)O?2正极材料,实验结果表明:循环200周,共掺杂2%LiF和2%MgO样品的放电比容量达到140.2mAh/g,容量保持率达到100.4%;而未掺杂的材料容量保持率为95.94%。

    5 总结与展望

    富锂锰基正极材料因为价格低廉、能量密度高等优点,但是循环性能差、不可逆容量高,循环过程中平台电压降低快等缺点限制了它的应用发展。通过元素掺杂,能使材料晶体结构变得稳定,但是未来还要从多方面、多维度进一步提高其电化学性能,才能让它更好的应用到市场中去。

    参考文献:

    [1]HE W,YUAN D,QIAN J,et al.Enhanced high-rate capability and cycling stability of Na-stabilized layered Li?1.2[Co?0.13Ni?0.13Mn?0.54]O?2 cathode material[J].Journal of Materials Chemistry A,2013,1(37):11397-11403.

    [2]Li Q,Li G,Fu C,Luo D,Fan J,Li L.K+-doped Li?1.2Mn?0.54Co?0.13Ni?0.13O?2 :a novel cathode material with an enhanced cycling stability for lithium-ion batteries[J].ACS Appl.Mater.Interfaces,2014,6(13):10330.

    [3]Xiang Y,Li J,Wu X,et al.Synthesis and electrochemical characterization of Mg-doped Li-rich Mn-based cathode material[J].Ceramics International,2016,42(7):8833-8838.

    [4]王伟刚,胡国荣,周兴华,等.富锂锰基正极材料Li[Li?0.2Ni?0.2Mn?0.6]O?2的纳米TiO?2掺杂改性[J].华南理工大学学报(自然科学版),2017,45(10):39-45.

    [5]KANG S F,QIN H F,FANG Y,et al.Preparation and electrochemical performance of yttrium-doped Li[Li?0.20Mn?0.534Ni?0.133Co?0.133]O?2 as cathode material for lithium-ion batteries[J].Electrochimica Acta,2014,144:22-30.

    [6]徐宝和,吴甜甜,钟盛文,等.Si4+掺杂富锂LI[LI?0.15MN?0.575NI?0.275]?1-XSI?XO?2材料性能的影响[J].有色金属科学与工程,2012,3(02):24-27.

    [7]LIAN F,GAO M,QIU W H,et al.Fe-doping effects on the structural and electrochemical properties of 0.5Li?2MnO?3·0.5LiMn?0.5Ni?0.5O?2 electrode material[J].Journal of Applied Electrochemistry,2012,42(6):409-417.

    [8]Jiao L F,Zhang M,Yuan H T,et al.Effect of Cr doping on the structural,electrochemical properties of Li[Li?0.2Ni?0.2-x/2Mn?0.6-x/2Cr?x]O?x(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08)as cathode materials for lithium secondary batteries[J].J Power Source,2007,167(1):178.

    [9]ZHENG J,WU X,YANG Y.Improved electrochemical performance of Li[Li?0.2Mn?0.54Ni?0.13Co?0.13]O?2 cathode material by fluorine incorporation[J].Electrochimica Acta,2013,105:200-208.

    [10]徐寶和.锂离子电池正极材料富锂锰基固溶体的研究进展[J].科学通报,2012,57(10):794-804.

随便看

 

科学优质学术资源、百科知识分享平台,免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。

 

Copyright © 2004-2023 puapp.net All Rights Reserved
更新时间:2025/3/21 16:10:32