物理化学学报 >> 2021, Vol. 37 >> Issue (3): 2005062.doi: 10.3866/PKU.WHXB202005062
苏岳锋1,2, 张其雨1,2, 陈来1,2,*(), 包丽颖1, 卢赟1,2, 陈实1, 吴锋1,2,*(
)
收稿日期:
2020-05-25
录用日期:
2020-06-08
发布日期:
2020-06-12
通讯作者:
陈来,吴锋
E-mail:chenlai144@sina.com;wufeng863@vip.sina.com
基金资助:
Yuefeng Su1,2, Qiyu Zhang1,2, Lai Chen1,2,*(), Liying Bao1, Yun Lu1,2, Shi Chen1, Feng Wu1,2,*(
)
Received:
2020-05-25
Accepted:
2020-06-08
Published:
2020-06-12
Contact:
Lai Chen,Feng Wu
E-mail:chenlai144@sina.com;wufeng863@vip.sina.com
About author:
Email: wufeng863@vip.sina.com (F.W.)Supported by:
摘要:
高镍三元材料作为一种锂离子电池正极材料,因其较高的放电比容量而得到科学界和工业界的广泛关注。研究表明,高镍三元材料的比容量与材料中的Ni含量呈正相关,但Ni含量的增加也会加剧循环过程中的界面副反应,材料表面释氧以及结构转变等问题。本文采用ZrO2包覆LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料,利用X射线衍射证明,在高温处理下ZrO2包覆物中的Zr4+会掺杂进LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料表面晶格中,使得X射线衍射谱中的(003)衍射峰左移。电化学测试证明在4.3和4.5 V的截止电压下,改性最优的材料在1C循环100周后容量保持率分别从84.89%和75.60%提高到97.61%和81.37%,同时发现循环稳定性的提升主要来自材料表面的Zr4+掺杂。X射线光电子能谱证明Zr4+表层掺杂后材料的Ni化合价由Ni3+向Ni2+转变,透射电子显微镜观察到Zr4+的表层掺杂使得材料表面的层状结构发生重构,从而稳定了材料体相结构,提高了材料整体的循环稳定性。
MSC2000:
苏岳锋, 张其雨, 陈来, 包丽颖, 卢赟, 陈实, 吴锋. ZrO2包覆高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料提高其循环稳定性的作用机理[J]. 物理化学学报, 2021, 37(3): 2005062.
Yuefeng Su, Qiyu Zhang, Lai Chen, Liying Bao, Yun Lu, Shi Chen, Feng Wu. Effects of ZrO2 Coating on Ni-Rich LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 Cathodes with Enhanced Cycle Stabilities[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2021, 37(3): 2005062.
1 |
Chen Z. ; Qin Y. ; Amine K. ; Sun Y. K. J. Mater. Chem. 2010, 20, 7606.
doi: 10.1039/c0jm00154f |
2 |
Kim H. R. ; Woo S. G. ; Kim J. H. ; Cho W. ; Kim Y. J. J. Electroanal. Chem. 2016, 782, 168.
doi: 10.1016/j.jelechem.2016.10.032 |
3 |
Li W. ; Song B. ; Manthiram A. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 3006.
doi: 10.1039/c6cs00875e |
4 | Wang Z. ; Wu F. ; Su Y. ; Bao L. ; Chen L. ; Li N. ; Chen S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 823. |
王昭; 吴锋; 苏岳锋; 包丽颖; 陈来; 李宁; 陈实. 物理化学学报, 2012, 28, 823.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201202102 |
|
5 |
Liu W. ; Oh P. ; Liu X. ; Lee M. J. ; Cho W. ; Chae S. ; Kim Y. ; Cho J. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4440.
doi: 10.1002/anie.201409262 |
6 |
Chen L. ; Su Y. ; Chen S. ; Li N. ; Bao L. ; Li W. ; Wang Z. ; Wang M. ; Wu F. Adv. Mater. 2014, 26, 6756.
doi: 10.1002/adma.201402541 |
7 | Chen L. ; Chen S. ; Hu D. ; Su Y. ; Li W. ; Wang Z. ; Bao L. ; Wu F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 467. |
陈来; 陈实; 胡道中; 苏岳锋; 李维康; 王昭; 包丽颖; 吴锋. 物理化学学报, 2014, 30, 467.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201312252 |
|
8 |
Ando K. ; Yamada Y. ; Nishikawa K. ; Matsuda T. ; Imamura D. ; Kanamura K. ACS Appl. Energy Mater. 2018, 1, 4536.
doi: 10.1021/acsaem.8b00612 |
9 |
Manthiram A. ; Song B. ; Li W. Energy Storage Mater. 2017, 6, 125.
doi: 10.1016/j.ensm.2016.10.007 |
10 |
Myung S. T. ; Amine K. ; Sun Y. K. J. Mater. Chem. 2010, 20, 7074.
doi: 10.1039/c0jm00508h |
11 | Kou J. ; Wang Z. ; Bao L. ; Su Y. ; Hu Y. ; Chen L. ; Xu S. ; Chen F. ; Chen R. ; Sun F. ; Wu F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 717. |
寇建文; 王昭; 包丽颖; 苏岳锋; 胡宇; 陈来; 徐少禹; 陈芬; 陈人杰; 孙逢春; 吴锋. 物理化学学报, 2016, 32, 717.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201512301 |
|
12 |
Cho W. ; Myeong S. ; Kim N. ; Lee S. ; Kim Y. ; Kim M. ; Kang S. J. ; Park N. ; Oh P. ; Cho J. Adv. Mater. 2017, 29, 1605578.
doi: 10.1002/adma.201605578 |
13 |
Li L. ; Xu M. ; Yao Q. ; Chen Z. ; Song L. ; Zhang Z. ; Gao C. ; Wang P. ; Yu Z. ; Lai Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 30879.
doi: 10.1021/acsami.6b09197 |
14 |
Schipper F. ; Bouzaglo H. ; Dixit M. ; Erickson E. M. ; Weigel T. ; Talianker M. ; Grinblat J. ; Burstein L. ; Schmidt M. ; Lampert J. ; Erk C. ; Markovsky B. ; Major D. T. ; Aurbach D. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1701682.
doi: 10.1002/aenm.201701682 |
15 |
Wu N. ; Wu H. ; Kim J. K. ; Liu X. ; Zhang Y. ChemElectroChem 2018, 5, 78.
doi: 10.1002/celc.201700979 |
16 |
Zheng J. ; Zheng J. X. ; Liu T. C. ; Hu Z. X. ; Wei Y. ; Song X. H. ; Ren Y. ; Wang W. D. ; Rao M. M. ; Lin Y. ; et al J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 13326.
doi: 10.1021/jacs.6b07771 |
17 |
Zheng J. ; Ye Y. ; Liu T. ; Xiao Y. ; Wang C. ; Wang F. ; Pan F. Acc. Chem. Res. 2019, 52, 2201.
doi: 10.1021/acs.accounts.9b00033 |
18 | Lu H. Q. ; Wu F. ; Su Y. F. ; Li N. ; Chen S. ; Bao L. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 51. |
卢华权; 吴锋; 苏岳锋; 李宁; 陈实; 包丽颖. 物理化学学报, 2010, 26, 51.
doi: 10.3866/PKU.WHXB20100112 |
|
19 |
Dixit M. ; Markovsky B. ; Schipper F. ; Aurbach D. ; Major D. T. J. Phys. Chem. C 2017, 121, 22628.
doi: 10.1021/acs.jpcc.7b06122 |
20 |
Jung R. ; Metzger M. ; Maglia F. ; Stinner C. ; Gasteiger H. A. J. Electrochem. Soc. 2017, 164, A1361.
doi: 10.1149/2.0021707jes |
21 |
Evertz M. ; Horsthemke F. ; Kasnatscheew J. ; Börner M. ; Winter M. ; Nowak S. J. Power Sources 2016, 329, 364.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.08.099 |
22 |
Zheng J. ; Xiao J. ; Zhang J. G. Nano Today 2016, 11, 678.
doi: 10.1016/j.nantod.2016.08.011 |
23 |
Sun H. H. ; Manthiram A. Chem. Mater. 2017, 29, 8486.
doi: 10.1021/acs.chemmater.7b03268 |
24 |
Zhang Q. ; Su Y. ; Chen L. ; Lu Y. ; Bao L. ; He T. ; Wang J. ; Chen R. ; Tan J. ; Wu F. J. Power Sources 2018, 396, 734.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.06.091 |
25 |
Chen S. ; He T. ; Su Y. ; Lu Y. ; Bao L. ; Chen L. ; Zhang Q. ; Wang J. ; Chen R. ; Wu F. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 29732.
doi: 10.1021/acsami.7b08006 |
26 |
Jo C. H. ; Cho D. H. ; Noh H. J. ; Yashiro H. ; Sun Y. K. ; Myung S. T. Nano Res. 2014, 8, 1464.
doi: 10.1007/s12274-014-0631-8 |
27 |
Meng K. ; Wang Z. ; Guo H. ; Li X. ; Wang D. Electrochim. Acta 2016, 211, 822.
doi: 10.1016/j.electacta.2016.06.110 |
28 |
Zhao E. ; Chen M. ; Hu Z. ; Chen D. ; Yang L. ; Xiao X. J. Power Sources 2017, 343, 345.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.01.066 |
29 | Wang M. ; Wu F. ; Su Y. F. ; Chen S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 1175. |
王萌; 吴锋; 苏岳锋; 陈实. 物理化学学报, 2008, 24, 1175.
doi: 10.3866/PKU.WHXB20080710 |
|
30 | Wu F. ; Wang M. ; Su Y. F. ; Chen S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 629. |
吴锋; 王萌; 苏岳锋; 陈实. 物理化学学报, 2009, 25, 629.
doi: 10.3866/PKU.WHXB20090411 |
|
31 |
Mudit D. ; Boris M. ; Doron A. ; Dan T. M. J. Electrochem. Soc. 2017, 164, A6359.
doi: 10.1149/2.0561701jes |
32 |
Woo S. W. ; Myung S. T. ; Bang H. ; Kim D. W. ; Sun Y. K. Electrochim. Acta 2009, 54, 3851.
doi: 10.1016/j.electacta.2009.01.048 |
33 |
Wu F. ; Liu N. ; Chen L. ; Su Y. ; Tan G. ; Bao L. ; Zhang Q. ; Lu Y. ; Wang J. ; Chen S. ; Tan J. Nano Energy 2019, 59, 50.
doi: 10.1016/j.nanoen.2019.02.027 |
34 |
Xia L. ; Qiu K. ; Gao Y. ; He X. ; Zhou F. J. Mater. Sci. Technol. 2015, 50, 2914.
doi: 10.1007/s10853-015-8856-9 |
35 |
Yang Z. ; Guo X. ; Xiang W. ; Hua W. ; Zhang J. ; He F. ; Wang K. ; Xiao Y. ; Zhong B. J. Alloys Compd. 2017, 699, 358.
doi: 10.1016/j.jallcom.2016.11.245 |
36 |
Xu X. ; Jian J. ; Xiang L. ; Wang L. ; He X. ; Yin G. ; Du C. Electrochim. Acta 2019, 317, 459.
doi: 10.1016/j.electacta.2019.06.016 |
37 |
Liu D. ; Liu S. ; Zhang C. ; You L. ; Huang T. ; Yu A. ACS Sustain. Chem. Eng. 2019, 7, 10661.
doi: 10.1021/acssuschemeng.9b01312 |
38 |
Cho Y. ; Oh P. ; Cho J. Nano Lett. 2013, 13, 1145.
doi: 10.1021/nl304558t |
39 |
Kim J. ; Cho H. ; Jeong H. Y. ; Ma H. ; Lee J. ; Hwang J. ; Park M. ; Cho J. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1602559.
doi: 10.1002/aenm.201602559 |
40 |
Kim J. ; Ma H. ; Cha H. ; Lee H. ; Sung J. ; Seo M. ; Oh P. ; Park M. ; Cho J. Energy Environ. Sci. 2018, 11, 1449.
doi: 10.1039/c8ee00155c |
[1] | 黄江涛, 周江, 梁叔全. 客体预嵌策略提升水系锌离子电池正极材料电化学性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(3): 2005020 -0 . |
[2] | 衡永丽, 谷振一, 郭晋芝, 吴兴隆. 水系锌离子电池用钒基正极材料的研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(3): 2005013 -0 . |
[3] | 安惠芳, 姜莉, 李峰, 吴平, 朱晓舒, 魏少华, 周益明. 基于水凝胶衍生的硅/碳纳米管/石墨烯纳米复合材料及储锂性能[J]. 物理化学学报, 2020, 36(7): 1905034 -0 . |
[4] | 佟永丽, 戴美珍, 邢磊, 刘恒岐, 孙婉婷, 武祥. 基于NiCo2O4纳米片电极的非对称混合电容器[J]. 物理化学学报, 2020, 36(7): 1903046 -0 . |
[5] | 曹鑫鑫,周江,潘安强,梁叔全. 钠离子电池磷酸盐正极材料研究进展[J]. 物理化学学报, 2020, 36(5): 1905018 -0 . |
[6] | 史永超, 唐明学. 可充电池的磁共振研究[J]. 物理化学学报, 2020, 36(4): 1905004 -0 . |
[7] | 李超, 沈明, 胡炳文. 面向金属离子电池研究的固体核磁共振和电子顺磁共振方法[J]. 物理化学学报, 2020, 36(4): 1902019 -0 . |
[8] | 刘昆, 刘瑶, 朱海峰, 董晓丽, 王永刚, 王丛笑, 夏永姚. NaTiSi2O6/C复合材料用于锂离子电池负极材料[J]. 物理化学学报, 2020, 36(11): 1912030 -0 . |
[9] | 程振杰, 毛亚云, 董庆雨, 金锋, 沈炎宾, 陈立桅. 氟代碳酸乙烯酯添加剂对钠离子电池正极的影响[J]. 物理化学学报, 2019, 35(8): 868 -875 . |
[10] | 陈东,岳昕阳,李璕琭,吴晓京,周永宁. 锂硒电池正极材料的研究进展[J]. 物理化学学报, 2019, 35(7): 667 -683 . |
[11] | 胡江涛, 郑家新, 潘锋. 锂电池磷酸铁锂正极材料的结构与性能相关性的研究进展[J]. 物理化学学报, 2019, 35(4): 361 -370 . |
[12] | Rahim Shah,Naveed Alam,Amir A.Razzaq,杨成,陈宇杰,胡加鹏,赵晓辉,彭扬,邓昭. 粘结剂对形貌各异的石墨负极电化学性能的影响[J]. 物理化学学报, 2019, 35(12): 1382 -1390 . |
[13] | 陈彦焕,李教富,刘辉彪. 石墨炔-有机共轭分子复合材料的制备及其储锂性能[J]. 物理化学学报, 2018, 34(9): 1074 -1079 . |
[14] | 刘双,邵涟漪,张雪静,陶占良,陈军. 水系钠离子电池电极材料研究进展[J]. 物理化学学报, 2018, 34(6): 581 -597 . |
[15] | 何磊.,徐俊敏.,王永建.,张昌锦.. LiFePO4包覆的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2锂离子电池正极材料:增强的库伦效率和循环性能[J]. 物理化学学报, 2017, 33(8): 1605 -1613 . |
|