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物理化学学报  2017, Vol. 33 Issue (6): 1189-1196    DOI: 10.3866/PKU.WHXB201702221
论文     
表面活性剂对氧化铝修饰富锂锰基正极材料的影响
甘永平,林沛沛,黄辉,夏阳,梁初,张俊,王奕顺,韩健峰,周彩红,张文魁*()
The Effects of Surfactants on Al2O3-Modified Li-rich Layered Metal Oxide Cathode Materials for Advanced Li-ion Batteries
Yong-Ping GAN,Pei-Pei LIN,Hui HUANG,Yang XIA,Chu LIANG,Jun ZHANG,Yi-Shun WANG,Jian-Feng HAN,Cai-Hong ZHOU,Wen-Kui ZHANG*()
 全文: PDF(3775 KB)   HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS) |
摘要:

采用氧化铝修饰改性富锂锰基正极材料,探讨了表面活性剂在修饰改性中的作用。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜和电化学性能测试等方法对材料结构和电化学性能进行分析。实验结果表明,十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)能使Al2O3纳米颗粒均匀包覆在富锂锰基正极材料表面,有效增强了复合材料结构的稳定性。在600 mA·g-1电流密度下,该复合材料的初始放电容量为186 mAh·g-1。经过500次循环后,其可逆放电比容量仍高于132 mAh·g-1,初始容量保持率高达71%。此外,电压衰退也被有效抑制,复合材料表现出优异的综合电化学性能。

关键词: 表面活性剂锂离子电池正极材料氧化铝富锂锰材料    
Abstract:

In this work, a series of Li-rich layered metal oxides (LLMO) as cathode materials for lithium ion batteries were prepared by the coprecipitation method. Various surfactants were introduced into the preparation of Al2O3-modified LLMO. The roles of surfactants were systematically investigated to reveal the mechanism of Al2O3 modification. The microstructure, morphology and electrochemical performance of the as-prepared samples were studied by the X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), galvanostatic discharge/charge measurement, cycling stability, rate capability and electrochemical impedance spectroscopies. The experimental results showed that Al2O3 nanoparticles were uniformly dispersed on the surface of LLMO by using N, N, N-trimethyl-1-dodecanaminium bromide (DTAB) as the surfactant. Al2O3-modified LLMO used DTAB as surfactant delivered the initial discharge capacity of 186 mAh·g-1 at the current density of 600 mA·g-1. After 500 cycles, the reversible discharge capacity was 132 mAh·g-1 with a satisfactory capacity retention of 71%. Moreover, the voltage fade of LLMO was greatly suppressed after Al2O3 modification, which exhibited superior electrochemical performances.

Key words: Surfactant    Lithium-ion battery    Cathode material    Aluminum oxide    Li-rich layered metal oxide
收稿日期: 2016-12-02 出版日期: 2017-02-22
中图分类号:  O646  
基金资助: 国家自然科学基金(21403196);国家自然科学基金(51572240);国家自然科学基金(51677170);浙江省自然科学基金(LY15B030003);浙江省自然科学基金(LY16E070004);浙江省自然科学基金(LY17E020010);福特汽车公司高校研究项目
通讯作者: 张文魁     E-mail: echem@zjut.edu.cn
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甘永平
林沛沛
黄辉
夏阳
梁初
张俊
王奕顺
韩健峰
周彩红
张文魁

引用本文:

甘永平,林沛沛,黄辉,夏阳,梁初,张俊,王奕顺,韩健峰,周彩红,张文魁. 表面活性剂对氧化铝修饰富锂锰基正极材料的影响[J]. 物理化学学报, 2017, 33(6): 1189-1196.

Yong-Ping GAN,Pei-Pei LIN,Hui HUANG,Yang XIA,Chu LIANG,Jun ZHANG,Yi-Shun WANG,Jian-Feng HAN,Cai-Hong ZHOU,Wen-Kui ZHANG. The Effects of Surfactants on Al2O3-Modified Li-rich Layered Metal Oxide Cathode Materials for Advanced Li-ion Batteries. Acta Physico-Chimica Sinca, 2017, 33(6): 1189-1196.

链接本文:

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201702221        http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I6/1189

图1  Al2O3修饰LLMO合成示意图
图2  纯LLMO和Al2O3修饰LLMO样品的XRD图谱
图3  (a)纯LLMO;Al2O3修饰LLMO样品(b) S2,(c) S3,(d) S4的SEM图和粒径分布图
图4  纯LLMO和Al2O3修饰LLMO样品的(a, b, c, d) TEM图和(e) EDS能谱分析
图5  (a)纯LLMO; Al2O3修饰LLMO样品(b) S2, (c) S3, (d) S4在30 mA·g?1电流密度下前三次充放电曲线
图6  (a)纯LLMO;Al2O3修饰LLMO样品(b) S2,(c) S3,(d) S4的容量微分(dQ/dV)曲线
图7  (a)纯LLMO;Al2O3修饰LLMO样品(b) S2,(c) S3,(d) S4在600 mA·g-1电流密度下的前100次充放电曲线
图8  LLMO和Al2O3修饰LLMO样品的(a)循环性能图,(b)倍率性能图,(c)电化学阻抗图谱
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