Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tổng hợp vật liệu cực âm spinel LiNi0.5Mn1.5O4 thông qua phương pháp đồng kết tủa oxalat cải tiến
Tóm tắt
Vật liệu cực âm loại spinel LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) cho pin lithium ion đã được tổng hợp thông qua phương pháp đồng kết tủa oxalat cải tiến. Nhờ vào sự đồng kết tủa của ion Li+ với các ion kim loại chuyển tiếp, các vật liệu mục tiêu có thể được thu được thông qua phản ứng một bước mà không cần trộn thêm với các muối lithium. Hơn nữa, sự phân bố đồng nhất giữa các ion lithium và ion kim loại chuyển tiếp ở cấp độ phân tử có thể được thực hiện, điều này có lợi cho hiệu suất điện hóa cuối cùng. Các tính chất vật lý và điện hóa của vật liệu được đặc trưng bằng XRD, TGA, EDS, FT-IR, SEM, CV, EIS, và các thử nghiệm sạc/xả. Kết quả cho thấy vật liệu đã được chuẩn bị sở hữu cấu trúc spinel lập phương với nhóm không gian Fd-3m, độ tinh thể cao, kích thước hạt đồng nhất, và hiệu suất điện hóa xuất sắc. Một dung lượng ban đầu cao hơn và hiệu suất tỉ lệ vượt trội được ghi nhận so với vật liệu sử dụng phương pháp đồng kết tủa thông thường. Các dung lượng cao lần lượt là 131.7 và 104.0 mAh g−1 có thể hiển thị ở 0.5 và 10 C. Độ ổn định chu kỳ xuất sắc cũng được chứng minh với hơn 98.5 % khả năng duy trì sau 100 chu kỳ ở 1 C.
Từ khóa
#LiNi0.5Mn1.5O4 #pin lithium ion #đồng kết tủa oxalat #vật liệu cực âm #hiệu suất điện hóaTài liệu tham khảo
Pan J, Deng J, Yao Q, Zou Y, Wang Z, Zhou H, Sun L, Rao G (2015) Novel LiNi0.5Mn1.5O4 porous microellipsoids as high-performance cathode materials for lithium ion batteries. J Power Sources 288:353–358
Zhang ZJ, Chou SL, Gu QF, Liu HK, Li HJ, Ozawa K, Wang JZ (2014) Enhancing the high rate capability and cycling stability of LiMn2O4 by coating of solid-state electrolyte LiNbO3. ACS Appl Mater Interfaces 6:22155–65
Yang S, Chen J, Liu Y, Yi B (2014) Preparing LiNi0.5Mn1.5O4 nanoplates with superior properties in lithium-ion batteries using bimetal–organic coordination-polymers as precursors. J Mater Chem A 2:9322
Xu R, Zhang X, Chamoun R, Shui J, Li JCM, Lu J, Amine K, Belharouak I (2015) Enhanced rate performance of LiNi0.5Mn1.5O4 fibers synthesized by electrospinning. Nano Energy 15:616–624
Zhao H, Li F, Liu X, Xiong W, Chen B, Shao H, Que D, Zhang Z, Wu Y (2015) A simple, low-cost and eco-friendly approach to synthesize single-crystalline LiMn2O4 nanorods with high electrochemical performance for lithium-ion batteries. Electrochim Acta 166:124–133
Liu X, Li D, Mo Q, Guo X, Yang X, Chen G, Zhong S (2014) Facile synthesis of aluminum-doped LiNi0.5Mn1.5O4 hollow microspheres and their electrochemical performance for high-voltage Li-ion batteries. J Alloys Compd 609:54–59
Li J, Xiong S, Liu Y, Ju Z, Qian Y (2013) Uniform LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 hollow microspheres: designed synthesis, topotactical structural transformation and their enhanced electrochemical performance. Nano Energy 2:1249–1260
Zhang J, Wu Z, Hua W, Liu H, Zhong B (2015) High-performance porous spherical cathode materials based on CaCO3-template synthesis of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 for lithium-ion batteries. Ionics 21:3151–3158
Xue L, Liao Y, Yang L, Li X, Li W (2014) Improved rate performance of LiNi0.5Mn1.5O4 cathode for lithium ion battery by carbon coating. Ionics 21:1269–1275
Yang Z, Lu J, Bian D, Zhang W, Yang X, Xia J, Chen G, Gu H, Ma G (2014) Stepwise co-precipitation to synthesize LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 one-dimensional hierarchical structure for lithium ion batteries. J Power Sources 272:144–151
Cheng F, Wang H, Zhu Z, Wang Y, Zhang T, Tao Z, Chen J (2011) Porous LiMn2O4 nanorods with durable high-rate capability for rechargeable Li-ion batteries. Energy Environ Sci 4:3668
Wang Z, Zhou L, David Lou XW (2012) Metal oxide hollow nanostructures for lithium-ion batteries. Adv Mater 24:1903–1911
Cabana J, Casas-Cabanas M, Omenya FO, Chernova NA, Zeng D, Whittingham MS, Grey CP (2012) Composition-structure relationships in the Li-ion battery electrode material LiNi0.5Mn1.5O4. Chem Mater 24:2952–2964
Boesenberg U, Falk M, Ryan CG, Kirkham R, Menzel M, Janek J, Fröba M, Falkenberg G, Fittschen UEA (2015) Correlation between chemical and morphological heterogeneities in LiNi0.5Mn1.5O4 spinel composite electrodes for lithium-ion batteries determined by micro-x-ray fluorescence analysis. Chem Mater 27:2525–2531
Zhang X, Cheng F, Yang J, Chen J (2013) LiNi0.5Mn1.5O4 porous nanorods as high-rate and long-life cathodes for Li-ion batteries. Nano Lett 13:2822–5
Gao J, Li J, Song F, Lin J, He X, Jiang C (2015) Strategy for synthesizing spherical LiNi0.5Mn1.5O4 cathode material for lithium ion batteries. Mater Chem Phys 152:177–182
Sivakumar P, Nayak PK, Markovsky B, Aurbach D, Gedanken A (2015) Sonochemical synthesis of LiNi0.5Mn1.5O4 and its electrochemical performance as a cathode material for 5 V Li-ion batteries. Ultrason Sonochem 26:332–9
Chen Z, Zhao R, Li A, Hu H, Liang G, Lan W, Cao Z, Chen H (2015) Polyhedral ordered LiNi0.5Mn1.5O4 spinel with excellent electrochemical properties in extreme conditions. J Power Sources 274:265–273
Wu WW, Xiang HF, Zhong GB, Su W, Tang W, Zhang Y, Yu Y, Chen CH (2014) Ordered LiNi0.5Mn1.5O4 hollow microspheres as high-rate 5 V cathode materials for lithium ion batteries. Electrochim Acta 119:206–213
Wan L, Deng Y, Yang C, Xu H, Qin X, Chen G (2015) Ni/Mn ratio and morphology-dependent crystallographic facet structure and electrochemical properties of the high-voltage spinel LiNi0.5Mn1.5O4 cathode material. RSC Adv 5:25988–25997
Kim JW, Kim DH, Oh DY, Lee H, Kim JH, Lee JH, Jung YS (2015) Surface chemistry of LiNi0.5Mn1.5O4 particles coated by Al2O3 using atomic layer deposition for lithium-ion batteries. J Power Sources 274:1254–1262
Sun Y, Yang Y, Zhao X, Shao H (2011) Synthesis and electrochemical characterization of LiNi0.5Mn1.5O4 by one-step precipitation method with ammonium carbonate as precipitating agent. Electrochim Acta 56:5934–5939
Luo H, Nie P, Shen L, Li H, Deng H, Zhu Y, Zhang X (2015) Synthesis of LiNi0.5Mn1.5O4 hollow microspheres and their lithium-storage properties. Chem Electro Chem 2:127–133
Luo D, Li G, Guan X, Yu C, Zheng J, Zhang X, Li L (2013) Novel synthesis of Li1.2Mn0.4Co0.4O2 with an excellent electrochemical performance from −10.4 to 45.4 °C. J Mater Chem A 1:1220–1227
Liu GQ, Wen L, Wang X, Ma BY (2011) Effect of the impurity LixNi1−xO on the electrochemical properties of 5 V cathode material LiNi0.5Mn1.5O4. J Alloys Compd 509:9377–9381
Kawaura H, Takamatsu D, Mori S, Orikasa Y, Sugaya H, Murayama H, Nakanishi K, Tanida H, Koyama Y, Arai H, Uchimoto Y, Ogumi Z (2014) High potential durability of LiNi0.5Mn1.5O4 electrodes studied by surface sensitive X-ray absorption spectroscopy. J Power Sources 245:816–821
Zhang X, Cheng F, Zhang K, Liang Y, Yang S, Liang J, Chen J (2012) Facile polymer-assisted synthesis of LiNi0.5Mn1.5O4 with a hierarchical micro–nano structure and high rate capability. RSC Adv 2:5669–5675
Liu H, Zhu G, Zhang L, Qu Q, Shen M, Zheng H (2015) Controllable synthesis of spinel lithium nickel manganese oxide cathode material with enhanced electrochemical performances through a modified oxalate co-precipitation method. J Power Sources 274:1180–1187
Wu WW, Chen JJ, Cheng S, Xiang HF (2015) Preparation and electrochemical performance of spinel LiNi0.5 − x Mn1.5 + x O4 (x = 0, 0.05, 0.1) hollow microspheres as cathode materials for lithium-ion batteries. Ionics 21:1843–1849
Chemelewski KR, Lee E-S, Li W, Manthiram A (2013) Factors influencing the electrochemical properties of high-voltage spinel cathodes: relative impact of morphology and cation ordering. Chem Mater 25:2890–2897
Wen W, Wang X, Chen S, Shu H, Yang X (2015) Design and preparation of spherical high voltage LiNi0.5Mn1.5O4 with a novel concentration-gradient shell for lithium ion batteries. J Power Sources 281:85–93
Feng J, Huang Z, Guo C, Chernova NA, Upreti S, Whittingham MS (2013) An organic coprecipitation route to synthesize high voltage LiNi0.5Mn1.5O4. ACS Appl Mater Interfaces 5:10227–10232
Wang L, Li H, Huang X, Baudrin E (2011) A comparative study of Fd-3m and P4332 “LiNi0.5Mn1.5O4”. Solid State Ionics 193:32–38