Temperature-controlled synthesis of spinel lithium nickel manganese oxide cathode materials for lithium-ion batteries

煅烧 尖晶石 材料科学 锂(药物) 电化学 化学工程 溶解 无机化学 相(物质) 阴极 化学计量学 电极 冶金 催化作用 物理化学 化学 有机化学 医学 内分泌学 工程类
作者
Bo-Yi Lee,Ching-Teng Chu,Marcin Krajewski,Monika Michalska,Jeng‐Yu Lin
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:46 (13): 20856-20864 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2020.05.124
摘要

In this work, we successfully synthesized series of LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) cathode materials with spinel structure by using a facile sol-gel method and then calcined at various temperature ranging from 600 to 1000 °C. The application of different calcination temperatures significantly influenced the surface morphology, stoichiometry and crystalline nature of the as-synthesized LNMO material. According to the results of physical characterizations, the LNMO materials calcined at various temperatures mainly revealed the stoichiometric disordered Fd-3m structure with a small amount of well-ordered P4332 phase. The structural analysis also exhibited that the control of the calcination temperature contributed to the higher crystalline nature. Moreover, the morphological investigations indicated that the increasing calcination temperatures caused the formation of large micron-sized LNMO material. In turn, the electrochemical evaluations revealed the impact of the calcination temperatures on enhancing the electrochemical performances of the LNMO electrode materials up to 900 °C. The LNMO electrode calcined at 900 °C exhibited an impressive initial discharge specific capacity of ca. 142 mAh g−1 between 3.5 and 4.9 V vs. Li/Li+, and remarkably improved capacity retention of 97% over 50 cycles. Those excellent electrochemical properties were associated with the presence of the dominant Fd-3m phase over the P4332 phase. Additionally, the results of the corrosion and dissolution tests which were performed for all calcined LNMO materials in order to estimate the amount of manganese and nickel ions leached from them, proved that the micro-sized LNMO calcined at 900 °C was the most stable.
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