Preparation and High Temperature Electrochemical Performance of LiNi0.08Mn1.92O4 Cathode Material of Submicron Truncated Octahedron

亚微米去顶角八面体 LiNi 0.08 Mn 1.92 O 4 正极材料制备及高温电化学性能 梁其梅 a 郭昱娇 b 郭俊明 * ,a 向明武 * ,a 刘晓芳 a 白玮 a 宁平 b ( a 云南民族大学 生物基材料绿色制备技术国家地方联合工程研究中心 昆明 650500) ( b 昆明理工大学 环境科学与工程学院 昆明 650093) 摘要 采用低温固相燃烧法快速制备了一种具有{111}、{110}和{100}晶面的去顶角八面体 LiNi0.08Mn1.92O4(LNMO)正 极材料, 其高暴露{111}晶面可以减少充放电过程中 Mn 的溶解, 面积相对较小的{110}和{100}晶面可增加 Li ＋ 快速扩散 的通道.测试结果表明, 所合成的 LNMO 具有 LiMn2O4 特有的立方晶系结构, 其颗粒尺寸为亚微米级.LNMO 的高温电 化学性能优异, 在 55 ℃, 1 和 5 C 的首次放电比容量分别为 109.9 和 98.0 mAh/g, 分别循环 300 次后容量保持率为 75.8% 和 80.5%; 即使在 55 ℃, 10 和 15 C 下分别循环 1000 次后仍具有 48.4%和 49.4%的容量保持率, 而未掺杂的 LiMn2O4 于 15 C 循环 1000 次后容量损失高达 98%.LNMO 在 55 ℃有较高的 Li ＋ 扩散系数(D＝3.86×10 -1 cm 2 /s)和较小的电荷 转移阻抗(循环前、后 Rct＝158.0 和 279.8 Ω)以及较低的表观活化能(Ea＝17.63 kJ/mol), 说明 Ni 掺杂能够提高 Li ＋ 在尖 晶石型 LiMn2O4 内的扩散速率及减小锂离子在脱嵌过程中的能垒, 从而提高锂离子的扩散速率和倍率性能.对 LNMO 于 55 ℃循环 1000 次后的极片进行 X 射线衍射(XRD)分析, 发现 LNMO 电极材料的晶体结构基本保持不变, 表明 Ni 掺杂提高了锰酸锂材料在 55 ℃长循环过程中的晶体结构稳定性, 有效抑制了 Jahn-Teller 效应及 Mn 的溶解, 显著提升 了其高温电化学性能.本工作为尖晶石 LiMn2O4 电极材料在高温方面的应用提供了借鉴.