高倍率性能锂离子电池Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2正极材料的制备及其电化学性能

张继斌 滑纬博 郑卓 刘文元 郭孝东 钟本和

引用本文: 张继斌, 滑纬博, 郑卓, 刘文元, 郭孝东, 钟本和. 高倍率性能锂离子电池Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2正极材料的制备及其电化学性能[J]. 物理化学学报, 2015, 31(5): 905-912. doi: 10.3866/PKU.WHXB201503091 shu
Citation:  ZHANG Ji-Bin, ZHENG Zhuo, LIU Wen-Yuan, GUO Xiao-Dong, ZHONG Ben-He. Preparation and Electrochemical Performance of Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2 Cathode Material for High-Rate Lithium-Ion Batteries[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(5): 905-912. doi: 10.3866/PKU.WHXB201503091 shu

高倍率性能锂离子电池Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2正极材料的制备及其电化学性能

  • 基金项目:

    四川省科技支撑计划(2014GZ0077) (2014GZ0077)

    四川大学青年基金(2011SCU11081) (2011SCU11081)

    教育部高校博士学科点科研基金(20120181120103)资助项目 (20120181120103)

摘要:

采用改进的碳酸盐共沉淀与高温固相法相结合的方法制备出了高倍率性能的锂离子电池正极材料Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安扫描(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和电化学性能测试等手段对材料进行表征. 结果表明, 该方法制备的材料具有良好的α-NaFeO2型层状结构(R3m(166)), 一次粒径平均大小为157 nm, 二次颗粒成球形. 同传统碳酸盐制备得到的材料相比, 该材料具备良好的倍率性能和循环性能, 在2.7-4.3 V 电压范围内, 0.1C (1.0C=180 mA·g-1)倍率下, 首次放电比容量为156.4mAh·g-1, 库仑效率为81.9%. 在较高倍率下, 即0.5C、5.0C和20C时, 其放电比容量分别为136.9、111.3、81.3mAh·g-1. 在1C倍率下100次循环容量保持率为92.9%, 高于传统共沉淀法得到的材料(87.0%).

English

    1. [1]

      (1) Yun, S. H.; Park, K. S.; Park, Y. J. J. Power Sources 2010, 195, 6108. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.11.022

      (1) Yun, S. H.; Park, K. S.; Park, Y. J. J. Power Sources 2010, 195, 6108. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.11.022

    2. [2]

      (2) Li, Y.; Han, Q.; Ming, X.; Ren, M.; Li, L.; Ye, W.; Zhang, X.; Xu, H.; Li, L. Ceram. Int. 2014, 40, 14933. doi: 10.1016/j. ceramint.2014.06.090(2) Li, Y.; Han, Q.; Ming, X.; Ren, M.; Li, L.; Ye, W.; Zhang, X.; Xu, H.; Li, L. Ceram. Int. 2014, 40, 14933. doi: 10.1016/j. ceramint.2014.06.090

    3. [3]

      (3) Hua, W. B.; Guo, X. D.; Zheng, Z.; Wang, Y. J.; Zhong, B. H.; Fang, B.; Wang, J. Z.; Chou, S. L.; Liu, H. J. Power Sources 2015, 257, 200.(3) Hua, W. B.; Guo, X. D.; Zheng, Z.; Wang, Y. J.; Zhong, B. H.; Fang, B.; Wang, J. Z.; Chou, S. L.; Liu, H. J. Power Sources 2015, 257, 200.

    4. [4]

      (4) Jacob, C.; Lynch, T.; Chen, A.; Jian, J.; Wang, H. J. Power Sources 2013, 241, 410. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.04.140(4) Jacob, C.; Lynch, T.; Chen, A.; Jian, J.; Wang, H. J. Power Sources 2013, 241, 410. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.04.140

    5. [5]

      (5) Zhang, S.; Deng, C.; Fu, B. L.; Yang, S. Y.; Ma, L. Powder Technol. 2010, 198, 373. doi: 10.1016/j.powtec.2009.12.002(5) Zhang, S.; Deng, C.; Fu, B. L.; Yang, S. Y.; Ma, L. Powder Technol. 2010, 198, 373. doi: 10.1016/j.powtec.2009.12.002

    6. [6]

      (6) Feng, R.; Wang, L.W.; Lü, Z. Y.; Wu, Q.; Yang, L. J.; Wang, X. Z.; Hu, Z. Acta Chim. Sin. 2014, 72, 653. [冯瑞, 王立伟, 吕之阳, 吴强, 杨立军, 王喜章, 胡征. 化学学报, 2014, 72, 653.] doi: 10.6023/A14030227(6) Feng, R.; Wang, L.W.; Lü, Z. Y.; Wu, Q.; Yang, L. J.; Wang, X. Z.; Hu, Z. Acta Chim. Sin. 2014, 72, 653. [冯瑞, 王立伟, 吕之阳, 吴强, 杨立军, 王喜章, 胡征. 化学学报, 2014, 72, 653.] doi: 10.6023/A14030227

    7. [7]

      (7) Liang, L.; Du, K.; Peng, Z.; Cao, Y.; Duan, J.; Jiang, J.; Hu, G. Electrochim. Acta 2014, 130, 82. doi: 10.1016/j.electacta.2014.02.100(7) Liang, L.; Du, K.; Peng, Z.; Cao, Y.; Duan, J.; Jiang, J.; Hu, G. Electrochim. Acta 2014, 130, 82. doi: 10.1016/j.electacta.2014.02.100

    8. [8]

      (8) Lu, Y.; Zhao, Y. Particuology 2010, 8, 202. doi: 10.1016/j.partic.2010.03.006(8) Lu, Y.; Zhao, Y. Particuology 2010, 8, 202. doi: 10.1016/j.partic.2010.03.006

    9. [9]

      (9) Noh, H. J.; Youn, S.; Yoon, C. S.; Sun, Y. K. J. Power Sources 2013, 233, 121. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.01.063(9) Noh, H. J.; Youn, S.; Yoon, C. S.; Sun, Y. K. J. Power Sources 2013, 233, 121. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.01.063

    10. [10]

      (10) Xu, Z.; Xiao, L.; Wang, F.; Wu, K.; Zhao, L.; Li, M. R.; Zhang, H. L.; Wu, Q.; Wang, J. J. Power Sources 2014, 248, 180. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.09.064(10) Xu, Z.; Xiao, L.; Wang, F.; Wu, K.; Zhao, L.; Li, M. R.; Zhang, H. L.; Wu, Q.; Wang, J. J. Power Sources 2014, 248, 180. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.09.064

    11. [11]

      (11) K?z?lta?-Yavuz, N.; Herklotz, M.; Hashem, A. M.; Abuzeid, H. M.; Schwarz, B.; Ehrenberg, H.; Mauger, A.; Julien, C. M. Electrochim. Acta 2013, 113, 313. doi: 10.1016/j.electacta.2013.09.065(11) K?z?lta?-Yavuz, N.; Herklotz, M.; Hashem, A. M.; Abuzeid, H. M.; Schwarz, B.; Ehrenberg, H.; Mauger, A.; Julien, C. M. Electrochim. Acta 2013, 113, 313. doi: 10.1016/j.electacta.2013.09.065

    12. [12]

      (12) Liu, Z. M.; Hu, G. R.; Fang, Z. S.; Zhang, X. L.; Liu, Y. X. Journal of Inorgnaic Material 2007, 22, 637. [刘智敏, 胡国荣, 方正升, 张新龙, 刘业翔. 无机材料学报, 2007, 22, 637.](12) Liu, Z. M.; Hu, G. R.; Fang, Z. S.; Zhang, X. L.; Liu, Y. X. Journal of Inorgnaic Material 2007, 22, 637. [刘智敏, 胡国荣, 方正升, 张新龙, 刘业翔. 无机材料学报, 2007, 22, 637.]

    13. [13]

      (13) Kim, K. J.; Jo, Y. N.; Lee, W. J.; Subburaj, T.; Prasanna, K.; Lee, C.W. J. Power Sources 2014, 268, 349 doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.06.057(13) Kim, K. J.; Jo, Y. N.; Lee, W. J.; Subburaj, T.; Prasanna, K.; Lee, C.W. J. Power Sources 2014, 268, 349 doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.06.057

    14. [14]

      (14) Yin, K.; Fang, W. M.; Zhong, B. H.; Guo, X. D.; Tang, Y.; Nie, X. Electrochim. Acta 2012, 85, 99. doi: 10.1016/j.electacta.2012.06.064(14) Yin, K.; Fang, W. M.; Zhong, B. H.; Guo, X. D.; Tang, Y.; Nie, X. Electrochim. Acta 2012, 85, 99. doi: 10.1016/j.electacta.2012.06.064

    15. [15]

      (15) Zhang, S.; Deng, C.; Yang, S. Y.; Niu, H. J. Alloy. Compd. 2009, 484, 519. doi: 10.1016/j.jallcom.2009.04.149(15) Zhang, S.; Deng, C.; Yang, S. Y.; Niu, H. J. Alloy. Compd. 2009, 484, 519. doi: 10.1016/j.jallcom.2009.04.149

    16. [16]

      (16) Zhu, Z.; Qi, L; Zhang, D.; Yu, H. Electrochim. Acta 2014, 115, 290. doi: 10.1016/j.electacta.2013.10.167(16) Zhu, Z.; Qi, L; Zhang, D.; Yu, H. Electrochim. Acta 2014, 115, 290. doi: 10.1016/j.electacta.2013.10.167

    17. [17]

      (17) Xiang, Y.; Yin, Z.; Li, X. J. Solid State Electr. 2014, 18, 2123. doi: 10.1007/s10008-014-2461-8(17) Xiang, Y.; Yin, Z.; Li, X. J. Solid State Electr. 2014, 18, 2123. doi: 10.1007/s10008-014-2461-8

    18. [18]

      (18) Zhu, Z.; Qi, L.; Li, W.; Liao, X. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 669. [朱智, 其鲁, 李卫, 廖细英. 物理化学学报, 2014, 30, 669.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201402102(18) Zhu, Z.; Qi, L.; Li, W.; Liao, X. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 669. [朱智, 其鲁, 李卫, 廖细英. 物理化学学报, 2014, 30, 669.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201402102

    19. [19]

      (19) Xiang, X.; Li, W. Electrochim. Acta 2014, 127, 259. doi: 10.1016/j.electacta.2014.02.037(19) Xiang, X.; Li, W. Electrochim. Acta 2014, 127, 259. doi: 10.1016/j.electacta.2014.02.037

    20. [20]

      (20) Li, J. F.; Xiong, S. L.; Li, X.W.; Qian, Y. T. Nanoscale 2013, 5, 2045. doi: 10.1039/c2nr33576j(20) Li, J. F.; Xiong, S. L.; Li, X.W.; Qian, Y. T. Nanoscale 2013, 5, 2045. doi: 10.1039/c2nr33576j

    21. [21]

      (21) Kong, J. Z.; Zhou, F.; Wang, C. B.; Yang, X. Y.; Zhai, H. F.; Li, H.; Li, J. X.; Tang, Z.; Zhang, S. Q. J. Alloy. Compd. 2013, 554, 221. doi: 10.1016/j.jallcom.2012.11.090(21) Kong, J. Z.; Zhou, F.; Wang, C. B.; Yang, X. Y.; Zhai, H. F.; Li, H.; Li, J. X.; Tang, Z.; Zhang, S. Q. J. Alloy. Compd. 2013, 554, 221. doi: 10.1016/j.jallcom.2012.11.090

    22. [22]

      (22) Hua, W. B.; Zhang, J. B.; Zheng, Z.; Liu, W. Y.; Peng, X. H.; Guo, X. D.; Zhong, B. H.; Wang, Y. J.; Wang, X. L. Dalton Trans. 2014, 43, 14824. doi: 10.1039/C4DT01611D(22) Hua, W. B.; Zhang, J. B.; Zheng, Z.; Liu, W. Y.; Peng, X. H.; Guo, X. D.; Zhong, B. H.; Wang, Y. J.; Wang, X. L. Dalton Trans. 2014, 43, 14824. doi: 10.1039/C4DT01611D

    23. [23]

      (23) Yao, Y.; Liu, H.; Li, G.; Peng, H.; Chen, K. Electrochim. Acta 2013, 113, 340. doi: 10.1016/j.electacta.2013.09.071(23) Yao, Y.; Liu, H.; Li, G.; Peng, H.; Chen, K. Electrochim. Acta 2013, 113, 340. doi: 10.1016/j.electacta.2013.09.071

    24. [24]

      (24) Deng, C.; Zhang, S.; Ma, L.; Sun, Y. H.; Yang, S. Y.; Fu, B. L.; Liu, F. L.; Wu, Q. J. Alloy. Compd. 2011, 509, 1322. doi: 10.1016/j.jallcom.2010.10.027(24) Deng, C.; Zhang, S.; Ma, L.; Sun, Y. H.; Yang, S. Y.; Fu, B. L.; Liu, F. L.; Wu, Q. J. Alloy. Compd. 2011, 509, 1322. doi: 10.1016/j.jallcom.2010.10.027

    25. [25]

      (25) Wang, J. L.; Chui, D.W. Transactions of Materials and Heat Treatment 2012, 33, 15. [王金龙, 崔大伟. 材料热处理学报, 2012, 33, 15.](25) Wang, J. L.; Chui, D.W. Transactions of Materials and Heat Treatment 2012, 33, 15. [王金龙, 崔大伟. 材料热处理学报, 2012, 33, 15.]

    26. [26]

      (26) Huang, Z. D.; Liu, X. M.; Zhang, B.; Oh, S.W.; Ma, P. C.; Kim, J. K. Scripta Mater. 2011, 64, 122. doi: 10.1016/j.scriptamat. 2010.09.018(26) Huang, Z. D.; Liu, X. M.; Zhang, B.; Oh, S.W.; Ma, P. C.; Kim, J. K. Scripta Mater. 2011, 64, 122. doi: 10.1016/j.scriptamat. 2010.09.018

    27. [27]

      (27) Gao, P.; Yang, G.; Liu, H.; Wang, L.; Zhou, H. Solid State Ionics 2012, 207, 50. doi: 10.1016/j.ssi.2011.11.020(27) Gao, P.; Yang, G.; Liu, H.; Wang, L.; Zhou, H. Solid State Ionics 2012, 207, 50. doi: 10.1016/j.ssi.2011.11.020

    28. [28]

      (28) Hua, W. B.; Guo, X. D.; Zheng, Z.; Zhang, J. B.; Zhong, B. H. Chemical Research and Application 2014, 64, 441. [滑纬博, 郭孝东, 郑卓, 张继斌, 钟本和. 化学研究与应用, 2014, 64, 441.](28) Hua, W. B.; Guo, X. D.; Zheng, Z.; Zhang, J. B.; Zhong, B. H. Chemical Research and Application 2014, 64, 441. [滑纬博, 郭孝东, 郑卓, 张继斌, 钟本和. 化学研究与应用, 2014, 64, 441.]

    29. [29]

      (29) Huang, Z. D.; Liu, X. M.; Oh, S.W.; Zhang, B.; Ma, P. C.; Kim, J. K. J. Mater. Chem. 2011, 21, 10777. doi: 10.1039/c1jm00059d(29) Huang, Z. D.; Liu, X. M.; Oh, S.W.; Zhang, B.; Ma, P. C.; Kim, J. K. J. Mater. Chem. 2011, 21, 10777. doi: 10.1039/c1jm00059d

    30. [30]

      (30) Riley, L. A.; Van Atta, S.; Cavanagh, A. S.; Yan, Y.; George, S. M.; Liu, P.; Dillon, A. C.; Lee, S. H. J. Power Sources 2011, 196, 3317. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.11.124

      (30) Riley, L. A.; Van Atta, S.; Cavanagh, A. S.; Yan, Y.; George, S. M.; Liu, P.; Dillon, A. C.; Lee, S. H. J. Power Sources 2011, 196, 3317. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.11.124

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  392
  • 文章访问数:  805
  • HTML全文浏览量:  10
文章相关
  • 发布日期:  2015-05-08
  • 收稿日期:  2014-11-13
  • 网络出版日期:  2015-03-09
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章