锌掺杂提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学稳定性

李节宾 徐友龙 杜显锋 孙孝飞 熊礼龙

引用本文: 李节宾, 徐友龙, 杜显锋, 孙孝飞, 熊礼龙. 锌掺杂提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学稳定性[J]. 物理化学学报, 2012, 28(08): 1899-1905. doi: 10.3866/PKU.WHXB201205152 shu
Citation:  LI Jie-Bin, XU You-Long, DU Xian-Feng, SUN Xiao-Fei, XIONG Li-Long. Improved Electrochemical Stability of Zn-Doped LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 Cathode Materials[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(08): 1899-1905. doi: 10.3866/PKU.WHXB201205152 shu

锌掺杂提高LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学稳定性

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(50902109)资助项目 (50902109)

摘要:

通过共沉淀法与固相法相结合制备了掺锌的高稳定性Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-xZnxO2 (x=0, 0.02, 0.05)正极材料. 循环伏安(CV)曲线表明Zn掺杂使氧化峰与还原峰的电势差减小到0.09 V, 电化学阻抗谱(EIS)曲线表明Zn掺杂使电极的阻抗从266 Ω减小到102 Ω. Li+嵌入扩散系数从1.20×10-11 cm2·s-1增大到 2.54×10-11 cm2·s-1. Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.98Zn0.02O2正极材料以0.3C充放电在较高的截止电压(4.6 V)下比其他两种材料的电化学循环性能更稳定, 其第二周的放电比容量为176.2 mAh·g-1, 循环100周后容量几乎没衰减; 高温(55 °C)下充放电循环100周, 其放电比容量平均每周仅衰减0.20%, 远小于其他两种正极材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2平均每周衰减0.54%; Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.95Zn0.05O2平均每周衰减0.38%). Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)0.98Zn0.02O2正极材料以3C充放电时其放电比容量可达142 mAh·g-1, 高于其他两种正极材料. 电化学稳定性的提高归因于Zn掺杂后减小了电极的极化和阻抗, 增大了锂离子扩散系数.

English

    1. [1]

      (1) Ohzuku, T.; Makimura, Y. Chem. Lett. 2001, 7, 642.

      (1) Ohzuku, T.; Makimura, Y. Chem. Lett. 2001, 7, 642.

    2. [2]

      (2) Hwang, B. J.; Tsai, Y.W.; Carlier, D.; Ceder, G. Chem. Mater.2003, 15, 3676. doi: 10.1021/cm030299v(2) Hwang, B. J.; Tsai, Y.W.; Carlier, D.; Ceder, G. Chem. Mater.2003, 15, 3676. doi: 10.1021/cm030299v

    3. [3]

      (3) Shaju, K. M.; Rao, G. V. S.; Chowdari, B. V. R. Electrochim. Acta 2002, 48, 145. doi: 10.1016/S0013-4686(02)00593-5(3) Shaju, K. M.; Rao, G. V. S.; Chowdari, B. V. R. Electrochim. Acta 2002, 48, 145. doi: 10.1016/S0013-4686(02)00593-5

    4. [4]

      (4) Wu, F.;Wang, M.; Su, Y. F.; Chen, S. Acta Phys. -Chim. Sin.2009, 25, 629. [吴峰, 王萌, 苏岳峰, 陈实. 物理化学学报, 2009, 25, 629.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090411(4) Wu, F.;Wang, M.; Su, Y. F.; Chen, S. Acta Phys. -Chim. Sin.2009, 25, 629. [吴峰, 王萌, 苏岳峰, 陈实. 物理化学学报, 2009, 25, 629.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090411

    5. [5]

      (5) Tu, J. P.;Wu, H. M.; Chen, X. T.; Yuan, Y. F.; Li, Y.; Zhao, X.B.; Cao, G. S. J. Power Sources 2006, 159, 291. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.04.032(5) Tu, J. P.;Wu, H. M.; Chen, X. T.; Yuan, Y. F.; Li, Y.; Zhao, X.B.; Cao, G. S. J. Power Sources 2006, 159, 291. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.04.032

    6. [6]

      (6) Chen, J.;Wang, S.; Whittingham, M. S. J. Power Sources 2007,174, 442. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.06.189(6) Chen, J.;Wang, S.; Whittingham, M. S. J. Power Sources 2007,174, 442. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.06.189

    7. [7]

      (7) Reddy, M. V.; Rao, G. V. S.; Chowdari, B. V. R. J. Power Sources 2006, 159, 263. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.04.134(7) Reddy, M. V.; Rao, G. V. S.; Chowdari, B. V. R. J. Power Sources 2006, 159, 263. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.04.134

    8. [8]

      (8) Koyama, Y.; Tanaka, I.; Adachi, H.; Makimura, Y.; Ohzuku, T.J. Power Sources 2003, 119, 644. doi: 10.1016/S0378-7753(03)00194-0(8) Koyama, Y.; Tanaka, I.; Adachi, H.; Makimura, Y.; Ohzuku, T.J. Power Sources 2003, 119, 644. doi: 10.1016/S0378-7753(03)00194-0

    9. [9]

      (9) Yoon,W. S.; Grey, C. P.; Balasubramanian, M.; Yang, X. Q.;Fischer, D. A.; McBreen, J. Electrochem. Solid State Lett. 2004,7, A53.(9) Yoon,W. S.; Grey, C. P.; Balasubramanian, M.; Yang, X. Q.;Fischer, D. A.; McBreen, J. Electrochem. Solid State Lett. 2004,7, A53.

    10. [10]

      (10) Kim, J. M.; Chung, H. T. Electrochim. Acta 2004, 49, 937. doi: 10.1016/j.electacta.2003.10.005(10) Kim, J. M.; Chung, H. T. Electrochim. Acta 2004, 49, 937. doi: 10.1016/j.electacta.2003.10.005

    11. [11]

      (11) Shaju, K. M.; Rao, G. V. S.; Chowdari, B. V. R. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A1324.(11) Shaju, K. M.; Rao, G. V. S.; Chowdari, B. V. R. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A1324.

    12. [12]

      (12) Yabuuchi, N.; Ohzuku, T. J. Power Sources 2003, 119, 171. doi: 10.1016/S0378-7753(03)00173-3(12) Yabuuchi, N.; Ohzuku, T. J. Power Sources 2003, 119, 171. doi: 10.1016/S0378-7753(03)00173-3

    13. [13]

      (13) Chebiam, R. V.; Prado, F.; Manthiram, A. Chem. Mater. 2001,13, 2951. doi: 10.1021/cm0102537(13) Chebiam, R. V.; Prado, F.; Manthiram, A. Chem. Mater. 2001,13, 2951. doi: 10.1021/cm0102537

    14. [14]

      (14) Kim, H. S.; Kong, M.; Kim, K.; Kim, I. J.; Gu, H. B. J. Power Sources 2007, 171, 917. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.06.028(14) Kim, H. S.; Kong, M.; Kim, K.; Kim, I. J.; Gu, H. B. J. Power Sources 2007, 171, 917. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.06.028

    15. [15]

      (15) Na, S. H.; Kim, H. S.; Moon, S. I. Solid State Ionics 2005, 176,313. doi: 10.1016/j.ssi.2004.08.016(15) Na, S. H.; Kim, H. S.; Moon, S. I. Solid State Ionics 2005, 176,313. doi: 10.1016/j.ssi.2004.08.016

    16. [16]

      (16) Sun, Y. K.; Lee, Y. S.; Yoshio, M.; Amine, K. Electrochem. Solid State Lett. 2002, 5, L1.(16) Sun, Y. K.; Lee, Y. S.; Yoshio, M.; Amine, K. Electrochem. Solid State Lett. 2002, 5, L1.

    17. [17]

      (17) Ceder, G.; Chiang, Y. M.; Sadoway, D. R.; Aydinol, M. K.; Jang,Y. I.; Huang, B. Nature 1998, 392, 694. doi: 10.1038/33647(17) Ceder, G.; Chiang, Y. M.; Sadoway, D. R.; Aydinol, M. K.; Jang,Y. I.; Huang, B. Nature 1998, 392, 694. doi: 10.1038/33647

    18. [18]

      (18) Zou, M. J.; Yoshio, M.; pukumar, S.; Yamaki, J. Chem. Mater. 2003, 15, 4699. doi: 10.1021/cm0347032(18) Zou, M. J.; Yoshio, M.; pukumar, S.; Yamaki, J. Chem. Mater. 2003, 15, 4699. doi: 10.1021/cm0347032

    19. [19]

      (19) Chen, Y. H.; Chen, R. Z.; Tang, Z. Y.;Wang, L. J. Alloy. Compd.2009, 476, 539. doi: 10.1016/j.jallcom.2008.09.055(19) Chen, Y. H.; Chen, R. Z.; Tang, Z. Y.;Wang, L. J. Alloy. Compd.2009, 476, 539. doi: 10.1016/j.jallcom.2008.09.055

    20. [20]

      (20) Ren, H. B.; Li, X.; Peng, Z. H. Electrochim. Acta 2011, 56,7088. doi: 10.1016/j.electacta.2011.05.104(20) Ren, H. B.; Li, X.; Peng, Z. H. Electrochim. Acta 2011, 56,7088. doi: 10.1016/j.electacta.2011.05.104

    21. [21]

      (21) Milewska, A.; Molenda, M.; Mokenda, J. Solid State Ionics2011, 192, 313. doi: 10.1016/j.ssi.2010.11.026(21) Milewska, A.; Molenda, M.; Mokenda, J. Solid State Ionics2011, 192, 313. doi: 10.1016/j.ssi.2010.11.026

    22. [22]

      (22) Holleman, A. F.;Wiberg, E.;Wiberg, N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie; Gruyter: Berlin, 1995.(22) Holleman, A. F.;Wiberg, E.;Wiberg, N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie; Gruyter: Berlin, 1995.

    23. [23]

      (23) Fey, G. T. K.; Chen, J. G.; Subramanian, V.; Osaka, T. J. Power Sources 2002, 112, 384. doi: 10.1016/S0378-7753(02)00400-7(23) Fey, G. T. K.; Chen, J. G.; Subramanian, V.; Osaka, T. J. Power Sources 2002, 112, 384. doi: 10.1016/S0378-7753(02)00400-7

    24. [24]

      (24) Li, J. B.; Xu, Y. L.; Xiong, L. L.;Wang, J. P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2593. [李节宾, 徐友龙, 熊礼龙, 王景平. 物理化学学报, 2011, 27, 2593.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20111104(24) Li, J. B.; Xu, Y. L.; Xiong, L. L.;Wang, J. P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2593. [李节宾, 徐友龙, 熊礼龙, 王景平. 物理化学学报, 2011, 27, 2593.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20111104

    25. [25]

      (25) Jouanneau, S.; Eberman, K.W.; Krause, L. J.; Dahn, J. R.J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A1637.(25) Jouanneau, S.; Eberman, K.W.; Krause, L. J.; Dahn, J. R.J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A1637.

    26. [26]

      (26) Kim, J. H.; Yoon, C. S.; Sun, Y. K. J. Electrochem. Soc. 2003,150, A538.(26) Kim, J. H.; Yoon, C. S.; Sun, Y. K. J. Electrochem. Soc. 2003,150, A538.

    27. [27]

      (27) Pouillerie, C.; Perton, F.; Biensan, P.; Peres, J. P.; Broussely, M.;Delmas, C. J. Power Sources 2001, 96, 293. doi: 10.1016/S0378-7753(00)00653-4(27) Pouillerie, C.; Perton, F.; Biensan, P.; Peres, J. P.; Broussely, M.;Delmas, C. J. Power Sources 2001, 96, 293. doi: 10.1016/S0378-7753(00)00653-4

    28. [28]

      (28) Liu, L.; Sun, K. N.; Zhang, N. Q.; Yang, T. Y. J. Solid State Electrochem. 2009, 13, 1381. doi: 10.1007/s10008-008-0695-z(28) Liu, L.; Sun, K. N.; Zhang, N. Q.; Yang, T. Y. J. Solid State Electrochem. 2009, 13, 1381. doi: 10.1007/s10008-008-0695-z

    29. [29]

      (29) Xia, H.; Lu, L.; Lai, M. O. Electrochim. Acta 2009, 54, 5986.doi: 10.1016/j.electacta.2009.02.071(29) Xia, H.; Lu, L.; Lai, M. O. Electrochim. Acta 2009, 54, 5986.doi: 10.1016/j.electacta.2009.02.071

    30. [30]

      (30) Xiong, L. L.; Xu, Y. L.; Zhang, C.; Zhang, Z.W.; Li, J. B.J. Solid State Electrochem. 2011, 15, 1263. doi: 10.1007/s10008-010-1195-5(30) Xiong, L. L.; Xu, Y. L.; Zhang, C.; Zhang, Z.W.; Li, J. B.J. Solid State Electrochem. 2011, 15, 1263. doi: 10.1007/s10008-010-1195-5

    31. [31]

      (31) Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods, 2nd ed.;Wiley: New York, 2001.(31) Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods, 2nd ed.;Wiley: New York, 2001.

    32. [32]

      (32) Jiao, L. F.; Zhang, M.; Yuan, H. T.; Zhao, M.; Guo, H.;Wang,W.; Zhou, X. D.;Wang, Y. M. J. Power Sources 2007, 167, 178.doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.01.070(32) Jiao, L. F.; Zhang, M.; Yuan, H. T.; Zhao, M.; Guo, H.;Wang,W.; Zhou, X. D.;Wang, Y. M. J. Power Sources 2007, 167, 178.doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.01.070

    33. [33]

      (33) Ghosh, P.; Mahanty, S.; Basu, R. N. Electrochim. Acta 2009, 54,1654. doi: 10.1016/j.electacta.2008.09.050(33) Ghosh, P.; Mahanty, S.; Basu, R. N. Electrochim. Acta 2009, 54,1654. doi: 10.1016/j.electacta.2008.09.050

    34. [34]

      (34) Malik, R.; Burch, D.; Bazant, M.; Ceder, G. Nano Lett. 2010,10, 4123. doi: 10.1021/nl1023595(34) Malik, R.; Burch, D.; Bazant, M.; Ceder, G. Nano Lett. 2010,10, 4123. doi: 10.1021/nl1023595

    35. [35]

      (35) Hwang, B. J.; Santhanam, R.; Chen, C. H. J. Power Sources2003, 114, 244. doi: 10.1016/S0378-7753(02)00584-0(35) Hwang, B. J.; Santhanam, R.; Chen, C. H. J. Power Sources2003, 114, 244. doi: 10.1016/S0378-7753(02)00584-0

    36. [36]

      (36) Kyu-Hang, L.; Nam-In, C.; Eui-Jung, Y.; Nam, H. G. Appl. Surf. Sci. 2011, 256, 4241.(36) Kyu-Hang, L.; Nam-In, C.; Eui-Jung, Y.; Nam, H. G. Appl. Surf. Sci. 2011, 256, 4241.

    37. [37]

      (37) Katsumata, T.; Matsui, Y.; Inaguma, Y.; Itoh, M. Solid State Ionics 1996, 86 (8), 165.(37) Katsumata, T.; Matsui, Y.; Inaguma, Y.; Itoh, M. Solid State Ionics 1996, 86 (8), 165.

    38. [38]

      (38) Wu, F.;Wang, M.; Su, Y. F.; Bao, L. Y.; Chen, S. Electrochim. Acta 2009, 54, 6803. doi: 10.1016/j.electacta.2009.06.075

      (38) Wu, F.;Wang, M.; Su, Y. F.; Bao, L. Y.; Chen, S. Electrochim. Acta 2009, 54, 6803. doi: 10.1016/j.electacta.2009.06.075

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  845
  • 文章访问数:  2391
  • HTML全文浏览量:  118
文章相关
  • 发布日期:  2012-07-10
  • 收稿日期:  2012-03-15
  • 网络出版日期:  2012-05-15
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