富锂锰基正极材料由于具有较高的理论比容量，被认为是下一代锂电池最有前途的正极材料之一。但在循环过程中存在比容量低、倍率性能差、衰减速度快等问题。基于此，本文采用水热法制备了多晶型MnO2材料，并利用湿化学研磨法结合热处理工艺对商业富锂锰基正极材料进行了表面包覆改性。通过循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗谱对所得材料进行电化学性能测试，并通过包覆前后材料电化学性能的变化研究了多晶型MnO2对富锂锰基正极材料电化学性能的影响。结果表明，β-MnO2的电化学性能最佳，其初始比容量在0.1 C下达到292.2 mAh·g-1，在0.1~5.0 C的倍率下容量保持率为56.3%，在1 C下循环50次后容量保持率为81.6%。通过EIS测试得出β-MnO2的包覆改善了原样品电化学反应过程中的电化学动力学。
多晶型MnO2 形貌调控 表面包覆 富锂锰基正极材料 电化学性能 锂离子电池 polymorphic MnO2 morphology control surface coating lithium-rich manganese-based cathode material electrochemical performance lithium-ion battery
大连理工大学材料科学与工程学院 辽宁省能源材料及器件重点实验室, 辽宁 大连 116024
随着消费类电子、电动汽车和储能等领域的迅猛发展, 亟需提升以锂离子电池为代表的二次储能设备的能量密度, 而正极材料是提升锂离子电池能量密度的关键。富锂锰基层状氧化物正极材料(LRM)因具有极高的理论比容量(>350 mA·h·g-1)和可逆比容量(>250 mA·h·g-1)被认为是最有前途的锂离子电池正极材料之一。然而, LRM正极材料的首次Coulombic效率低、倍率/性能差以及快速的电压和容量衰减等问题, 严重阻碍了其产业化应用。本文介绍了LRM正极材料的晶体结构及电化学机理等方面的研究进展, 分析了LRM存在的问题及起因。重点从形貌设计调控、掺杂、包覆、缺陷结构设计、梯度成分设计、层状/尖晶石异质结构构建以及电解液添加剂等方面全面介绍了LRM正极材料的改性策略, 以期望为LRM正极的未来发展提供思路和指导, 最终促进LRM正极材料的实际应用。
锂离子电池 富锂锰基正极材料 晶体结构 反应机理 改性策略 lithium ion battery lithium-rich manganese-based cathode materials crystal structure reaction mechanism modification strategy
1 吉首大学物理与机电工程学院，吉首 416000
2 锰锌钒产业技术湖南省2011协同中心，吉首 416000
3 吉首大学化学化工学院，吉首 416000
4 4.吉首大学生物资源与环境科学学院，吉首 416000
采用冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成富锂锰基Li1.2Ni0.2Mn0.6O2正极材料，并将其结构、形貌以及电化学性能与传统溶胶凝胶法合成的材料进行比较。X射线衍射(XRD)结果表明，通过冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2粉末阳离子混排程度更低，冷冻干燥工艺的参与可以改善晶体结构。扫描电镜(SEM)照片分析表明，与溶胶凝胶样品相比较，冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成样品的颗粒团聚程度较低。电化学性能测试结果表明，冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成的材料具有更好的倍率性能和循环性能。除此之外，电化学交流阻抗测试(EIS)结果表明，冷冻干燥辅助溶胶凝胶法合成的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2电荷转移电阻低于溶胶凝胶法制备的材料，增强了反应动力学。
锂离子电池 富锂锰基 正极材料 冷冻干燥 溶胶凝胶 电化学性能 lithium ion battery Li-rich Mn-based cathode material freeze-drying sol-gel electrochemical performance
