Chuẩn bị vật liệu catot LiNi0.5Mn1.5O4 bằng cách sử dụng các tinh thể nan Mn3O4 kích thước khác nhau làm tiền chất

Springer Science and Business Media LLC - Tập 26 - Trang 1359-1368 - 2022
Renhong Chen1, Jie Mei1, Jin Xu1, Wanjie Xu1, Laisen Wang1, Yuanzhi Chen1, Dong-Liang Peng1,2
1Department of Materials Science and Engineering, Fujian Key Laboratory of Materials Genome, College of Materials, Xiamen University, Xiamen, China
2State Key Lab of Physical Chemistry of Solid Surface, Xiamen University, Xiamen, China

Tóm tắt

LiNi0.5Mn1.5O4 có cấu trúc spinel với điện áp cao được coi là vật liệu catot quan trọng cho pin Li-ion (LIBs) có năng lượng cao. Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát kích thước, cấu trúc và hiệu suất điện hóa của các điện cực LiNi0.5Mn1.5O4 được chuẩn bị bằng cách sử dụng hai loại tiền chất tinh thể nan Mn3O4 có kích thước khác nhau dưới các điều kiện thiêu kết khác nhau. Khi nhiệt độ thiêu kết tăng, kích thước hạt của các vật liệu catot LiNi0.5Mn1.5O4 thu được có thể thay đổi từ ~100 nm đến ~1 µm, và hình dạng của chúng thay đổi từ hình tròn nano sang hình bát diện cụt. Hàm lượng Mn3+ có liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ thiêu kết và bị ảnh hưởng bởi kích thước của tiền chất Mn. Chúng tôi phát hiện ra rằng mẫu LiNi0.5Mn1.5O4 được chuẩn bị bằng cách sử dụng các tinh thể nan Mn3O4 kích thước 50 nm dưới nhiệt độ thiêu kết 800 °C cho hiệu suất chu kỳ tốt với tỷ lệ giữ dung lượng đạt 96.1% ở 1 C sau 200 chu kỳ, trong khi mẫu LiNi0.5Mn1.5O4 được chuẩn bị bằng cách sử dụng các tinh thể nan Mn3O4 kích thước 7 nm dưới nhiệt độ thiêu kết 800 °C cho hiệu suất tần suất xuất sắc với tỷ lệ giữ dung lượng đạt 98% sau 500 chu kỳ ở 10 C. Kết quả cho thấy kích thước của tiền chất Mn3O4 là một tham số quan trọng quyết định kích thước cuối cùng và hiệu suất điện hóa của các vật liệu catot LiNi0.5Mn1.5O4.

Từ khóa

#LiNi0.5Mn1.5O4 #vật liệu catot #pin ion lithium #hiệu suất điện hóa #Mn3O4 #thiêu kết.

Tài liệu tham khảo

Fan ES, Li L, Wang ZP, Lin J, Huang YX, Yao Y, Chen RJ, Wu F (2020) Chem Rev 120(14):7020–7063 Manthiram A, Chemelewski K, Lee E-S (2014) Energy Environ Sci 7(4):1339–1350 Liang GM, Peterson VK, See KW, Guo ZP, Pang WK (2020) J Mater Chem A 8:15373–15398 Wang L, Li YH, Han ZD, Chen L, Qian B, Jiang XF, Pinto J, Yang G (2013) J Mater Chem A 1:8385–8397 Wang J, Dong H, Wang P, Fu XL, Zhang NS, Zhao DN, Li SY, Cui XL (2022) J Energy Chem 67:55–64 Kraytsberg A, Ein-Eli Y (2012) Adv Energy Mater 2(8):922–939 Lee B-Y, Krajewski M, Huang M-K, Hasin P, Lin J-Y (2021) J Solid State Electrochem 25:2665–2674 Guo JL, Zhang Y, Fu SX, Yan SP, Lang YQ, Wang L, Liang GC (2021) Ind Eng Chem Res 60(30):11117–11127 Zhao DN, Wang J, Lu HL, Wang P, Liu HN, Li SY (2020) J Power Sources 456:228006 Lee B-Y, Chu C-T, Krajewski M, Michalska M, Lin J-Y (2020) Ceram Int 46(13):20856–20864 Wu Y, Zhang JT, Cao CB, Khalid S, Zhao QQ, Wang R, Butt FK (2017) Electrochim Acta 230:293–298 Hong D, Guo YF, Wang HX, Zhou JG, Fang H-T (2015) J Mater Chem A 3(30):15457–15465 Pang WK, Lu C-Z, Liu C-E, Peterson VK, Lin H-F, Liao S-C, Chen J-M (2016) Phys Chem Chem Phys 18(26):17183–17189 Wang J, Nie P, Xu GY, Jiang JM, W, YT, Fu RR, Dou H, Zhang XG (2018) Adv Funct Mater 28(4):1704808 Hagh NM, Amatucci GG (2014) J Power Sources 256:457–469 Moorhead-Rosenberg Z, Huq A, Goodenough JB, Manthiram A (2015) Chem Mater 27(20):6934–6945 Xiao J, Chen XL, Sushko PV, Sushko ML, Kovarik L, Feng JJ, Deng ZQ, Zheng JM, Graff GL, Nie ZM, Choi DW, Liu J, Zhang J-G (2012) Adv Mater 24(16):2109–2116 Wu HM, Belharouak I, Abouimrane A, Sun Y-K, Amine K (2010) J Power Sources 195(9):2909–2913 Bhandari A, Bhattacharya J (2016) J Electrochem Soc 164(2):A106 Wang L, Chen D, Wang JF, Liu GJ, Wu W, Liang GC (2016) Powder Technol 292:203–209 He YL, Zhang J, Li Q, Hao Y, Yang JW, Zhang LZ, Wang CL (2017) J Alloys Compd 715:304–310 Wang SJ, Li P, Shao LY, Wu KQ, Lin XT, Shui M, Long NB, Wang DJ, Shu J (2015) Ceram Int 41(1):1347–1353 Luo Y, Zhang YX, Yan LQ, Xie JY, Lv TL (2018) ACS Appl Mater Interfaces 10(37):31795–31803 Ma YT, Liu PF, Xie QS, Zhang GB, Zheng HF, Cai YX, Li Z, Wang LS, Zhu ZZ, Mai LQ, Peng DL (2019) Nano Energy 59:184–196 Li S, Ma G, Guo B, Yang ZH, Fan XM, Chen ZX, Zhang WX (2016) Ind Eng Chem Res 55(35):9352–9361 Cheng J, Li XH, Wang ZX, Guo HJ (2016) Ceram Int 42(2):3715–3719 Liu JL, Fan LZ, Qu XH (2012) Electrochim Acta 66(13):302–305 Lu ZP, Liu Y, Lu XJ, Wang H, Yang G, Chao YM, Li WL, Yin F (2017) J Power Sources 360:409–418 Liu GY, Kong X, Sun HY, Wang BS (2014) Ceram Int 40(9):14391–14395 Lin HB, Zhang YM, Hu JN, Wang YT, Xing LD, Xu MQ, Li XP, Li WS (2014) J Power Sources 257:37–44 Li YP, Zhang Q, Xu TH, Wang DD, Pan D, Zhao HL, Bai Y (2018) Ceram Int 44(4):4058–4066 Lee H-W, Muralidharan P, Mari CM, Ruffo R, Kim DK (2011) J Power Sources 196(24):10712–10716 Ma Y, Tang HQ, Tang ZY, Mao WF, Zhang XH (2016) Mater Sci Eng B 213:157–162 Xue Y, Wang ZB, Zheng LL, Yu FD, Liu BS, Zhang Y, Ke K (2015) Sci Rep 5:13299 Nagaraju G, Sekhar SC, Raju GSR, Bharat LK, Yu JS (2017) J Mater Chem A 5(30):15808–15821 Wang L, Chen L, Li YH, Ji HM, Yang G (2013) Powder Technol 235:76–81 Liang WB, Wang P, Ding H, Wang B, Li SY (2021) J Materiomics 7(5):1049–1060 Song J, Shin DW, Lu YH, Amos CD, Manthiram A, Goodenough JB (2012) Chem Mater 24(15):3101–3109 Guo J, Li YJ, Chen YX, Deng SY, Zhu J, Wang SL, Zhang JP, Chang SH, Zhang DW, Xi XM (2019) J Alloys Compd 811:152031 Xiao J, Chen XL, Sushko PV, Sushko ML, Kovarik L, Feng JJ, Deng ZQ, Zheng JM, Graff GL, Nie ZM, Choi DW, Liu J, Zhang JG, Whittingham MS (2012) Adv Mater 24(16):2109–2116 Sun WW, Li YJ, Xie K, Luo SQ, Bai GX, Tan XJ, Zheng CM (2018) Nano Energy 54:175–183 Chang Q, Wei AJ, Li W, Bai X, Zhang LH, He R, Liu ZF (2019) Ceram Int 45(4):5100–5110 Moorhead-Rosenberg Z, Shin DW, Chemelewski KR, Goodenough JB, Manthiram A (2012) Appl Phys Lett 100:213909 Yang L, Ravdel B, Lucht BL (2010) Electrochem Solid-State Lett 13:A95–A97 Lu XJ, Liu C, Zhu WJ, Lu ZP, Li WL, Yang Y, Yang G (2019) Powder Technol 343:445–453 Li L, Sui JS, Chen J, Lu YC (2019) Electrochim Acta 305:433–442 Hai B, Shukla AK, Duncan H, Chen GY (2013) J Mater Chem A 1:759–769 He W, Zheng HF, Ju XK, Li SY, Ma YT, Xie QS, Wang LS, Qu BH, Peng D-L (2017) ChemElectroChem 4(12):3250–3256