Nano Lett. | 噴氣紡絲實現精確摻雜與包覆提升高電壓鈷酸鋰正極性能

2020-11-25 騰訊網

英文原題：Blow-Spinning Enabled Precise Doping and Coating for Improving High Voltage Lithium Cobalt Oxide Cathode Performance

通訊作者：姚宏斌, 中國科學技術大學

作者：Te Tian (田特), Tian-Wen Zhang (張天文), Yi-Chen Yin (殷逸臣), Yi-Hong Tan (譚一弘), Yong-Hui Song (宋永慧), Lei-Lei Lu (盧磊磊) and Hong-Bin Yao (姚宏斌)*

鋰離子電池已廣泛地應用於手機、可攜式電子產品和電動汽車。其中的正極材料性能是限制其能量和功率密度的主要因素。目前有許多先進的正極材料已經被報導出來，例如富鋰錳和富鎳過渡金屬氧化物，其研究也已取得很大進展。然而，這些材料依然面臨嚴重的電壓和容量衰減等重大問題。在已經商業化的正極材料中，鈷酸鋰（LiCoO2）是最主要、最成功的正極材料。然而，對於商用的LiCoO2正極材料，一般來說，它們使用的實際容量只佔其理論容量的一半多一點。如此大的不可逆容量主要是由於當脫出多餘0.5個Li時，存在嚴重的不可逆相變，造成電極材料容量的嚴重衰減。另一方面，正極電極材料在高充電電壓時的界面惡化問題也嚴重地影響其循環穩定性。

近日，中國科學技術大學姚宏斌教授課題組在Nano Letters上發表論文，報導了該課題組通過噴氣紡絲一步燒結製備了Mn、La精確共摻雜和富鈦層包覆的LiCoO2正極材料，獲得了在4.5 V高電壓下優異的倍率性能和循環穩定性。通過電池充放電曲線測試發現，Mn離子摻雜有效地抑制了高電壓時LiCoO2材料的相變。通過XRD和GITT的表徵發現，La離子成功進入了LiCoO2的晶格，使得LiCoO2晶體層間距變大，Li+的遷移阻力減小，有效提高了材料的倍率性能。另外他們還發現，摻雜的Ti離子並不會進入LiCoO2材料的晶格，而是會富集於材料的表面，形成一種富鈦氧化物保護層，有效穩定了材料的界面，提高其循環穩定性。

圖1. Mn4+和La3+摻雜機理電化學測試

圖2. 富鈦包覆層的HAADF-STEM表徵

圖3. 優化後的LiCoO2正極的循環和倍率性能測試

Blow-Spinning Enabled Precise Doping and Coating for Improving High-Voltage Lithium Cobalt Oxide Cathode Performance

Te Tian, Tian-Wen Zhang, Yi-Chen Yin, Yi-Hong Tan, Yong-Hui Song, Lei-Lei Lu and Hong-Bin Yao*

Nano Lett., 2019, DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04486

Publication Date: December 11, 2019

Copyright 2019 American Chemical Society

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