多级分层结构磷酸锰锂纳米棒用于锂离子电池正极

锂离子电池广泛运用于新能源汽车,储能和移动设备。LiMnPO4因其较高的能量密度(701Wh kg-1), 优良的循环稳定性,环境友好等优势而备受瞩目。与其它锂离子电池正极材料类似,其本征缺陷制约了电化学性能的提升。多级分层结构材料具有较大的比表面积,相互交联的网状结构,可以为电子和离子的传输提供更多的通道,有利于提升材料的电化学性能。然而,多级分层结构很少应用在锂离子电池正极材料上,主要原因在于多级分层结构不好实现。
近日,东北大学秦皇岛分校的罗绍华教授团队,以多级分层结构为设计思路,将蜂窝状的阳极氧化铝模板(AAO)引入到锂电正极材料LiMnPO4中,以AAO为模板首次制备出多级分层结构LiMnPO4/C纳米棒。该纳米棒状正极材料具有均匀的碳包覆,较大的(010)晶面和较大的比表面积,且相互间交错分布构成多级分层结构。在0.05 C倍率下,初始放电比容量为156.8 mAh g-1。在1 C下循环100周,仍能释放123 mAh g-1的可逆比容量,容量保持率为97.5%。10 C下仍能释放91.7 mAh g-1的可逆比容量。实现了大倍率充放电下优异的电化学性能。这种设计思路也可扩展至其它正极材料,为功能材料的多级分层结构设计提供了新的策略,对电池正极材料的研究和发展有着重要的实际意义。相关成果以“Facile synthesis of carbon-LiMnPO4 nanorods with hierarchical architecture as a cathode for high-performance Li-ion batteries”为题发表在Electrochimica Acta上。

多级分层结构磷酸锰锂纳米棒用于锂离子电池正极 图1. AAO模板辅助合成多级分层结构LiMnPO4/C纳米棒的流程示意图

多级分层结构磷酸锰锂纳米棒用于锂离子电池正极图2. LiMnPO4/C纳米棒(R-LMP/C)和对比材料(P-LMP/C)的(a)XRD图谱,(b)Raman图谱,(c)FTIR图谱和(d)XPS图谱,(e)R-LMP/C 和(f)P-LMP/C的氮气吸附/解吸等温线和各自的孔径分布图

多级分层结构磷酸锰锂纳米棒用于锂离子电池正极图3. (a)AAO模板的SEM图,a中插图为相应的放大图;(b)填充了LMP/C的AAO模板的SEM图,b中插图为相应的放大图;(c, d)R-LMP/C不同放大倍数的SEM图;(e, f)R-LMP/C的TEM图,f中插图为SAED衍射斑点和代表性碳包覆层

多级分层结构磷酸锰锂纳米棒用于锂离子电池正极图4.  扫速为0.1 mV/s(a)和扫速为0.9 mV/s(b)的CV曲线;(c)0.05 C下的首周充放电曲线;(d)不同放电倍率的倍率性能;(e)在0.2 C和1 C下的循环性能;(f)不同循环周期后的EIS图谱

小结:

提出了一种新颖的制备LiMnPO4/C的方法,通过AAO模板辅助的方法,制备出具有纳米棒状结构的LiMnPO4/C。该纳米棒具有多级分层结构,较大的(010)晶面,均匀的碳包覆和较大的比表面积。经性能测试,展现出了优异的电化学性能。为设计其它先进的电极材料提供了新思路。

文献链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468618320814

团队简介:东北大学秦皇岛分校的罗绍华教授团队,主要研究方向为能源材料与器件、功能材料、医用材料、冶金行业大宗固体废弃物综合利用。罗绍华,男,东北大学秦皇岛分校教授,博导。资源与材料学院院长,河北省电介质与电解质功能材料重点实验室常务副主任,河北省三三三人才工程二层次人选。近年来,发表论文被SCI检索50余篇,发明专利30余项,主持国家自然基金面上项目2项,省部级项目10余项。

本文来自投稿,不代表能源学人立场,如若转载,请注明出处:https://nyxr-home.com/20913.html