现阶段商品化应用的锂离子电池正极材料有LiCoO2,LiFePO4,LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2和LiMn2O4等,其放电比容量均低于200 mAh·g-1。电动汽车和大规模储能急需高比能量、高功率的锂离子电池,高性能的锂离子电池正极材料的缺乏正制约其开发。近年来,层状富锂锰基材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(0<x<1,M=Ni0.5Mn0.5,Mnx′Niy′Co1-x′-y′,0<x′,y′<1)由于高放电比容量引起了广泛关注。一般认为,层状富锂锰基材料Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2由组分Li2MnO3和LiMn1/2Ni1/2O2组成,且两者结构均属于层状α-NaFeO2结构。此类材料放电比容量可达到250 mAh·g-1,环境友好且成本低廉。然而,层状富锂锰基正极材料也存在几个众所周知的问题,如首次充电至4.5 V(vs.Li+/Li)时会出现一个明显的平台,这主要是材料中Li2MnO3组分的脱锂过程,随着Li+从Li2MnO3中脱出,O2会从晶格中以“Li2O”的形式逸出,造成材料表面结构的不可逆转变,同时材料为了保持电荷平衡,表面的过渡金属离子从表面迁移到体相中占据Li+脱出留下的空位,从而导致脱出的Li+不能全部回嵌至富锂材料的体相晶格中,造成材料首次不可逆容量的严重损失(约80 mAh·g-1)和较低的首次库仑效率(约75%),且重组的表面结构阻碍锂离子的自由嵌入和脱出,材料的倍率性能低;较高电压下电解液会腐蚀材料并导致部分活性成分溶解,材料的循环性能差[1-4];循环过程中材料的平均放大电压衰减大,限制了富锂层状正极材料的实际应用。
为了解决上述难题,许多科研团队都针对层状富锂锰基材料进行了改性,如通过元素掺杂、表面包覆、特殊形貌及结构设计[5-7]、前置处理、其他辅助用剂改性等方法。(www.daowen.com)
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