Fe/Ni比對Li1.2Fe0.2-xNi0.1+xMn0.5O2納米顆粒電化學性能的影響

朱志紅，肖雨剛

（1.洛陽職業技術學院食品與藥品學院，河南 洛陽 471000；2.蘭州理工大學石油化工學院，甘肅 蘭州 730050）

隨著鋰離子電池的快速發展，鋰離子電池工業對電極材料比容量的要求也越來越高[1]。材料內Li的含量和放電時的電壓決定了電池的容量和電壓，因此正極材料的合理選擇對鋰電池的產品性能非常重要。傳統的正極材料如層狀結構的LiCoO2，理論容量為274 mAh·g-1(實際容量僅為140 mAh·g-1左右)，橄欖石結構的LiFePO4的理論容量為170mAh·g-1，尖晶石結構的LiMn2O4的理論容量約為148mAh·g-1，均不能滿足動力鋰離子電池對能量密度(400Wh·kg-1)的要求[2]。所以，提升正極材料的能量密度一直是科研工作的重點。THACKERAY等人[3-5]提出了Co與Ni共摻雜的富鋰固溶體xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(0＜x＜1，M=Co和Ni)，其中的Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2憑借高比容量(＞250 mAh·g-1)的優勢[6-9]，吸引了眾多研究者的關注。但Co元素的使用大大增加了電池成本，因此合成低成本、高比容量的無鈷富鋰固溶體正極材料非常迫切。

富鋰xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(0＜x＜1，M=Fe和Ni)材料具有高比容量(約250mAh·g-1)、低成本和環境友好等優點[10-11]，是理想的高比容量、低成本的富鋰固溶體正極材料。TABUCHI等人[12]采用Fe摻雜Li2MnO3來減少陽離子混排，提高正極材料的循環穩定性。Ni2+具有2個電子電荷補償機制，可顯著提高可逆脫嵌Li+。Li+的半徑(0.076nm)和Ni2+的半徑(0.069nm)相近，可以減少過渡金屬層中的Li+，減緩材料向尖晶石轉化，采用Fe與Ni共摻雜[13]，能兼顧Li2MnO3的循環穩定性和材料的可逆容量。元素的含量及比例的變化可以改變材料結構的晶胞常數[14-15]，從而影響材料的電化學性能，同時納米顆粒不僅能提高材料的導電性能和鋰離子的擴散速率，還能增加材料活性物質的整體利用率，從而提升材料的倍率性能[16-17]。……