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

doi:10.3866/PKU.WHXB201704145

物理化学学报 >> 2017, Vol. 33 >> Issue (8): 1605-1613.doi: 10.3866/PKU.WHXB201704145

LiFePO₄包覆的Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂锂离子电池正极材料:增强的库伦效率和循环性能

何磊.¹,徐俊敏.^1,^2,*(),王永建.¹,张昌锦.^1,^3,*()

¹ 中国科学院强磁场科学中心,合肥230031
² 郑州大学物理工程学院,材料物理教育部重点实验室,郑州450052
³ 南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心,南京210093

收稿日期:2017-03-02 发布日期:2017-06-14
通讯作者: 徐俊敏.,张昌锦. E-mail:junminxu@zzu.edu.cn;zhangcj@hmfl.ac.cn
基金资助:
中国科学院合肥科学中心科学研究项目(2015SRG-HSC025);和国家自然科学基金(U1532267);和国家自然科学基金(U11504379)

LiFePO₄-Coated Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ as Cathode Materials with High Coulombic Efficiency and Improved Cyclability for Li-Ion Batteries

Lei. HE¹,Jun-Min. XU^1,^2,*(),Yong-Jian. WANG¹,Chang-Jin. ZHANG^1,^3,*()

¹ High Magnetic Field Laboratory, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, P. R. China
² School of Physical Engineering, Key Laboratory of Material Physics of Ministry of Education of China, Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, P. R. China
³ Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093, P. R. China

Received:2017-03-02 Published:2017-06-14
Contact: Jun-Min. XU,Chang-Jin. ZHANG E-mail:junminxu@zzu.edu.cn;zhangcj@hmfl.ac.cn
Supported by:
The project was supported by the Scientific Research Grant of Hefei Science Center of Chinese Academy of Sciences(2015SRG-HSC025);and National Natural Science Foundation of China(U1532267);and National Natural Science Foundation of China(U11504379)

摘要/Abstract

摘要：

采用简单水溶液法制备LiFePO₄包覆的Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂富锂正极材料，包覆后的材料分别经过400℃或500℃煅烧处理5 h。测试结果显示，400℃煅烧处理的包覆样品在0.1 C（1 C=300 mA·g^-1）电流密度下充放电时，首次库仑效率可以高达91.9%，同时，首次放电比容量可达到295.0 mAh·g^-1。此外，该包覆样品还具有良好的循环性能，在1 C电流密度下循环100次放电比容量仍可保持在206.7 mAh·g^-1。进一步的研究发现LiFePO₄的包覆不仅可以提高Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂富锂材料的首次库仑效率和循环稳定性能，而且还能够有效抑制材料在充放电过程中的电压衰减。上述电化学性能的有效提升主要归因于LiFePO₄包覆层可以阻碍Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂富锂材料与电解液之间的直接接触，减少副反应的发生，增强材料表面的结构稳定性，同时还可以为富锂材料提供额外的可逆容量。

关键词: 锂离子电池, 富锂正极材料, 磷酸铁锂包覆, 高库仑效率, 循环性能

Abstract:

In this work, we present a new design for a surface protective layer formed by a facile aqueous solution process in which a nano-architectured layer of LiFePO₄ is grown on a Li-rich cathode material, Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂. The coated samples are then calcined at 400 or 500℃ for 5 h. The sample after calcination at 400℃ demonstrates a high initial columbic efficiency of 91.9%, a large reversible capacity of 295.0 mAh·g^-1 at 0.1 C (1 C=300 mA·g^-1), and excellent cyclability with a capacity of 206.7 mAh·g^-1after 100 cycles at 1 C. Meanwhile, voltage fading of the coated sample is effectively suppressed by protection offered by a LiFePO₄ coating layer. These superior electrochemical performances are attributed to the coating layer, which not only protects the Li-rich cathode material from side reaction with the electrolyte and maintains the stability of the interface structure, but also provides excess reversible capacity.

Key words: Lithium-ion battery, Lithium-rich cathode materials, LiFePO₄ coating, High Columbic efficiency, Cyclability

何磊.,徐俊敏.,王永建.,张昌锦.. LiFePO₄包覆的Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂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. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704145

Lei. HE,Jun-Min. XU,Yong-Jian. WANG,Chang-Jin. ZHANG. LiFePO₄-Coated Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ as Cathode Materials with High Coulombic Efficiency and Improved Cyclability for Li-Ion Batteries[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33(8), 1605-1613. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704145

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201704145

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I8/1605

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LiFePO₄包覆的Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂锂离子电池正极材料:增强的库伦效率和循环性能

LiFePO₄-Coated Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ as Cathode Materials with High Coulombic Efficiency and Improved Cyclability for Li-Ion Batteries

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