以酚醛樹脂為碳源原位合成富鋰層狀相/尖晶石/碳核殼結(jié)構(gòu)正極材料及其電化學(xué)性能

陸 地, 鄭春滿, 陳宇方, 李宇杰, 張紅梅

(1. 國防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院, 長沙 410073;2. 特種化學(xué)電源國家重點實驗室, 貴州梅嶺電源有限公司, 遵義 563003)

富鋰層狀正極材料高容量和低成本的特性使其備受關(guān)注, 但是材料較差的倍率性能和循環(huán)性能阻礙了其進一步發(fā)展與應(yīng)用[1]. 材料較差的電化學(xué)性能是由其較差的本征電導(dǎo)能力、鋰離子擴散能力以及不穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)所致[2,3]. 材料需要經(jīng)歷活化過程以實現(xiàn)其高容量. 活化過程中鋰離子從Li2MnO3的晶格中脫出形成Li2O和MnO2[4], 釋放出來的氧會在材料中產(chǎn)生氧空位, 這些氧空位又會使過渡金屬離子的遷移能壘降低, 從而導(dǎo)致層狀相晶相轉(zhuǎn)變程度加劇. 另一方面, 釋放出來的氧氣會與電解液反應(yīng)生成不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜, 導(dǎo)致極化阻抗增大[5]. 此外, 作為復(fù)合相的層狀相本身不穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)也面臨著不可避免的離子遷移和晶相轉(zhuǎn)變問題[6]. 所有這些問題的共同作用導(dǎo)致富鋰層狀正極材料較差的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性, 限制了材料的商業(yè)化應(yīng)用[1].

改善富鋰層狀正極材料倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性的方法主要包括離子摻雜[7～9]、表面包覆[10～17]以及特殊形貌設(shè)計[2,18～21]. 研究發(fā)現(xiàn), Li2MnO3相的活化以及層狀相的晶相轉(zhuǎn)變過程是由材料表面向體相進行的[5]. 因此表面改性被認為是一種重要的改性方式. 研究者們利用金屬氟化物[10]、氧化物[11,13,14]或快離子導(dǎo)體[12,15,16]等材料對富鋰正極材料的表面進行改性以穩(wěn)定表面晶格并抑制……