高电压镍锰酸锂正极材料的合成与电化学机理
Synthesis and electrochemical mechanism of high voltage lithium nickel manganate cathode materials
李美萱 1成建凤 1黄国勇 1徐盛明 2郁丰善 3翁雅青 4曹才放 5温嘉玮 6王俊莲 7王春霞 6顾斌涛 4张袁华 8刘斌 9王才平 10潘剑明 9徐泽良 11王翀 10王珂8
作者信息
- 1. 中国石油大学(北京)新能源与材料学院,北京 102249;江西耐华环保科技有限公司,江西上饶 334000
- 2. 江西耐华环保科技有限公司,江西上饶 334000;清华大学核能与新能源技术研究院,北京 100084
- 3. 中国石油大学(北京)新能源与材料学院,北京 102249;江西省君鑫贵金属科技材料有限公司,江西上饶 335500
- 4. 江西省科学院,江西南昌 330096
- 5. 江西理工大学,江西赣州 341000
- 6. 中国石油大学(北京)新能源与材料学院,北京 102249
- 7. 北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083
- 8. 江西耐华环保科技有限公司,江西上饶 334000
- 9. 浙江微通催化新材料有限公司,浙江丽水 323300
- 10. 横峰县凯怡实业有限公司,江西上饶 334300
- 11. 江西省君鑫贵金属科技材料有限公司,江西上饶 335500
- 折叠
摘要
尖晶石型镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)正极材料的工作电压平台为4.7V(vs.Li/Li+),是目前输出电压最高、成本较低且环保的锂离子电池正极材料.本文采用水热法制备了铝掺杂的镍锰酸锂(LiNi0.45Al0.05Mn1.5O4,简称Al@LNMO)样品,并通过密度泛函理论计算研究了掺铝对镍锰酸锂电化学特性的影响.DFT计算结果表明,铝掺杂可以降低镍锰酸锂的带隙,提高其电导率.XRD和FTIR表征证明,合成的Al@LNMO的晶体结构为F(3ˉ)dm.此外,电化学循环测试表明,Al@LNMO在25℃和50℃温度下、1C倍率下的初始比放电容量分别为137.1mAh/g、138.0mAh/g;经过100次循环后,其容量保持率分别为82.9％和79.1％;并且,Al@LNMO在50℃下的容量保持率与在25℃下的容量保持率相近.这表明Al@LNMO具有良好的高温稳定性.
Abstract
Spinel-type lithium nickel manganese oxide(LiNi0.5Mn1.5O4)cathode material has an operating voltage plateau of 4.7V(vs.Li/Li+),which is environmental-friendly cathode material alternatives for lithium-ion batteries with the highest output voltage and lower cost.In this paper,aluminum-doped lithium nickel manganese oxide(LiNi0.45Al0.05Mn1.5O4,Al@LNMO)samples were prepared by a hydrothermal method,and the effect of aluminum doping on the electrochemical properties of lithium nickel manganese oxide(LNMO)was investigated by density functional theory(DFT)calculations.According to the results of DFT calculations,aluminum doping could reduce the band gap of LNMO and increase its conductivity.Structural characterization by XRD and FTIR showed that the crystal structure of the synthesized Al@LNMO was F(3ˉ) dm.In addition,electrochemical cycling tests indicated that the initial specific discharge capacities of Al@LNMO were 137.1mAh/g and 138.0mAh/g at 25℃and 50℃and a multiplicity of 1C,respectively;and the capacity retention rates were 82.9％and 79.1％after 100 cycles,respectively.Moreover,the capacity retention rate of Al@LNMO at 50℃was similar to that at 25℃.This indicated that Al@LNMO had good high-temperature stability.The results showed that Al@LNMO was a promising high voltage cathode material for lithium-ion batteries.
关键词
铝掺杂镍锰酸锂/电化学/复合材料/分子模拟/高电压Key words
aluminum-doped lithium nickel manganese oxide/electrochemistry/composites/molecular simulation/high voltage引用本文复制引用
基金项目
国家自然科学基金(52274307)
国家重点研发计划(2021YFC2901100)
中国石油大学科学基金(2462021QNX2010)
重油加工国家重点实验室(HON-KFKT2022-10)
出版年
2024
国家科技期刊平台
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