PDF《正极材料电化学性能的影响》

100 cycle at 0.5C/% Pristine 289.0 218.8 75.7 65.2 1% CuO-coated 272.0 210.8 77.5 69.8 2% CuO-coated 245.6 213.7 87.0 79.3 3% CuO-coated 244.1 205.3 84.1 67.4 4% CuO-coated 241.9 195.4 80.8 66.2 图5未包覆和不同 CuO 包覆量的 Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 在0.5C、2.0~4.6 V 条件下的循环寿命曲线 Fig.

5 Cycle performance curves pristine and CuO-coated Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 at 0.5C in voltage range of 2.0?4.6 V 4.0%的样品在相同充放电条件下,其容量保持率分别 为69.8%、79.3%、67.4%和66.2%.显然,当CuO 包 覆量为 2%时,材料的循环性能最佳,明显优于未包 覆和其他包覆量的材料.由此可见,适量的 CuO 包覆 可以阻碍电解液对材料的侵蚀,减少界面副反应,进 而抑制容量衰减,提高其循环性能.由于 CuO 本身是 电化学惰性的,当包覆量过多时,造成表面惰性包覆 层过厚,反而阻碍了锂离子的扩散和电子的传导,影 响其循环寿命. 倍率性能也是正极材料的另一个重要性能指标. 将所制备的材料在 2.0~4.6 V 电压范围内, 以不同的倍 率进行充放电,考察其倍率性能.图6所示为未包覆 和不同 CuO 包覆量的 Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 在0.1C、 0.2C、0.5C、1C 和2C 倍率下的放电容量曲线.由图

6 可知,未经 CuO 包覆的材料在 0.1C 放电倍率下的 放电比容量为 218.8 mA・h/g, 而在 2C 放电倍率下其放 电比容量仅有 123.6 mA・h/g.此外,经过适量 CuO 包 覆后的材料的倍率性能有较好的改善,特别是 2% CuO 包覆的样品的倍率性能最佳,其在 2C 放电倍率 下的放电比容量仍然有 154.8 mA・h/g.比较其他包覆 量的样品的倍率性能可知,CuO 包覆的量过少或过多 时,倍率性能改善的效果不明显.当包覆量过少时, CuO 包覆层并不能完全覆盖在活性材料表面,因而不 能最大限度的改善材料性能,而当包覆量增加到 4% 时,其2C 放电倍率下的放电比容量仅有 116.4 mA・h/g, 这可能也是由于过厚的 CuO 包覆层反而阻碍 了锂离子的扩散所致. 图6未包覆和不同 CuO 包覆量的 Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 的 倍率性能曲线 Fig.

6 Rate capability of pristine and CuO-coated Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 为了更好地解释包覆后样品电化学性能提高的原 因,对未包覆和包覆后样品进行交流阻抗分析.图7所示为未包覆和CuO 包覆量为2% 的Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 在4.6 V 状态下的交流阻抗谱 图.从图

7 可见,两样品的交流阻抗谱图均是由两个 半圆弧和一条斜线组成,高频部分的半弧反映活性材 料在表面 SEI 层的阻抗, 中频部分对应于电极/电解液 界面的电化学过程电荷传递阻抗,而低频部分则表示 锂离子在材料体相的扩散阻抗.未包覆的Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 的SEI 膜阻抗为 105.3 ?,而2% CuO 包覆的 Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 的SEI 膜阻抗仅 74.7 ?.显然,CuO 包覆后使得活性材料在 SEI 膜的阻抗 明显减小, 从而更加有利于电子导电性的提高. 此外, 第26 卷第

9 期袁好,等:纳米 CuO 表面包覆对 Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 正极材料电化学性能的影响

1933 包覆材料也有效减小了本体材料和电解液的接触面 积, 减小了电解液中产生的 HF 等对材料的有害侵蚀, 进而降低了金属离子在电解液中的溶解,从而提高了 材料的循环稳定性等电化学性能. 图7未包覆和 2.0%CuO 包覆的 Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 的交 流阻抗谱图 Fig.

7 Electrochemical impedance spectra of pristine and 2% CuO-coated Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2