亚微米去顶角八面体LiNi0.08Mn1.92O4正极材料制备及高温电化学性能

摘要

采用低温固相燃烧法快速制备了一种具有{111}、{110}和{100}晶面的去顶角八面体LiNi0.08Mn1.92O4 (LNMO)正极材料,其高暴露{111}晶面可以减少充放电过程中Mn的溶解,面积相对较小的{110}和{100}晶面可增加Li+快速扩散的通道.测试结果表明,所合成的LNMO具有LiMn2O4特有的立方晶系结构,其颗粒尺寸为亚微米级.LNMO的高温电化学性能优异,在55°C,1和5C的首次放电比容量分别为109.9和98.0 mAh/g,分别循环300次后容量保持率为75.8％和80.5％;即使在55°C,10和15 C下分别循环1000次后仍具有48.4％和49.4％的容量保持率,而未掺杂的LiMn2O4于15C循环1000次后容量损失高达98％.LNMO在55°C有较高的Li+扩散系数(D=3.86×10-15 cm2/s)和较小的电荷转移阻抗(循环前、后Rct=158.0和279.8 Ω)以及较低的表观活化能(Ea=17.63 kJ/mol),说明Ni掺杂能够提高Li+在尖晶石型LiMn2O4内的扩散速率及减小锂离子在脱嵌过程中的能垒,从而提高锂离子的扩散速率和倍率性能.对LNMO于55°C循环1000次后的极片进行X射线衍射(XRD)分析,发现LNMO电极材料的晶体结构基本保持不变,表明Ni掺杂提高了锰酸锂材料在55°C长循环过程中的晶体结构稳定性,有效抑制了Jahn-Teller效应及Mn的溶解,显著提升了其高温电化学性能.本工作为尖晶石LiMn2O4电极材料在高温方面的应用提供了借鉴.