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无钴富锂层状氧化物的结构调控和电化学性能研究
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作者 郑灵霞 尚猷 +3 位作者 温晓辉 郑华均 邱报 刘兆平 《浙江工业大学学报》 北大核心 2025年第1期79-84,共6页
采用碳酸盐前驱体共沉淀-高温固相法制备无钴富锂层状氧化物正极材料,研究了组分调节对材料阳离子排布和电化学性能的影响。对材料进行不同尺度的形貌和结构表征以及电化学测试,研究结果表明:降低Li摩尔分数可以减小材料的一次颗粒粒径... 采用碳酸盐前驱体共沉淀-高温固相法制备无钴富锂层状氧化物正极材料,研究了组分调节对材料阳离子排布和电化学性能的影响。对材料进行不同尺度的形貌和结构表征以及电化学测试,研究结果表明:降低Li摩尔分数可以减小材料的一次颗粒粒径,在不影响材料富锂相摩尔分数的前提下减小了类Li_(2)MnO_(3)晶畴的尺寸,并且增大了材料的Li^(+)/Ni^(2+)混排程度;小尺寸的类Li_(2)MnO_(3)晶畴可以提高晶格氧氧化活性和材料的充电容量;Li^(+)/Ni^(2+)混排的增加可以提高晶格氧还原活性和材料的放电容量,并抑制循环过程中的电压衰减。 展开更多
关键词 离子电池 富锂层状氧化物 无钴 Li_(2)MnO_(3)晶畴
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超高比能电池高锰富锂层状氧化物正极材料面临的挑战与解决策略
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作者 宋亮亮 梁颢严 +2 位作者 李顺清 邱报 刘兆平 《物理化学学报》 北大核心 2025年第8期10-31,共22页
得益于过渡金属和晶格氧共同参与氧化还原反应,富锂层状氧化物(LLOs)具有大于250 mAh∙g^(−1)的比容量,因而成为下一代商用锂离子电池的潜在候选正极材料。为进一步提高理论比容量并减少对环境和健康有害的钴、镍元素依赖,开发高锰富锂... 得益于过渡金属和晶格氧共同参与氧化还原反应,富锂层状氧化物(LLOs)具有大于250 mAh∙g^(−1)的比容量,因而成为下一代商用锂离子电池的潜在候选正极材料。为进一步提高理论比容量并减少对环境和健康有害的钴、镍元素依赖,开发高锰富锂层状氧化物(HM-LLOs)成为一种可行的策略。通过引入更多的Li–O–Li构型,可以促进更多晶格氧参与氧化还原反应,从而提升理论比容量。然而,锰含量的增加也带来了如活化困难和不可逆氧释放等挑战,显著限制了HM-LLOs理论比容量的实际利用。基于此,本文首先探讨了HM-LLOs高理论比容量的来源,随后深入分析了高锰特性引发的结构变化及其对实际比容量利用的限制,最后系统总结了从合成到活性材料改性的多种优化策略,并展望了可能提升HMLLOs实际比容量的未来方向。 展开更多
关键词 离子电池 正极材料 富锂层状氧化物 合成优化 改性策略
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富锂层状氧化物正极材料的微观结构调控及其性能研究
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作者 高静 李瑛 +3 位作者 顾可欣 顾庆文 邱报 刘兆平 《浙江工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第4期355-363,共9页
通过调整富锂层状氧化物正极材料的元素组成,实现对其体相结构内的类Li_(2)MnO_(3)相晶畴分散度的调控。通过结合高功率X射线衍射和球差电镜证明了Li_(1.08)Ni_(0.225)Co_(0.225)Mn_(0.450)O_(2)材料具有高度分散的类Li 2MnO_(3)相晶畴... 通过调整富锂层状氧化物正极材料的元素组成,实现对其体相结构内的类Li_(2)MnO_(3)相晶畴分散度的调控。通过结合高功率X射线衍射和球差电镜证明了Li_(1.08)Ni_(0.225)Co_(0.225)Mn_(0.450)O_(2)材料具有高度分散的类Li 2MnO_(3)相晶畴,同时原位微分电化学质谱测试证明了具有高度分散的类Li_(2)MnO_(3)相晶畴的富锂层状氧化物正极材料可以成功抑制晶格氧的释放。电化学测试表明:微观结构的调控虽然可以提高材料的首次库伦效率和平均放电电压,但同时也降低了晶格氧的活性,减少了放电比容量。在循环过程中晶格氧稳定性的提高减轻了结构的退化程度,富锂层状氧化物正极材料表现出更优异的循环稳定性和更缓慢的电压衰减。此外,晶格氧稳定性的提高还改善了材料的热稳定性。 展开更多
关键词 富锂层状氧化物正极材料 微观结构 氧释放 热稳定性
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全球富锂层状氧化物专利分析 被引量:2
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作者 童汇 谢建龙 +3 位作者 伍晓赞 喻万景 郭学益 黄承焕 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3156-3177,共22页
富锂层状氧化物(Li-rich layered oxides,LRLOs)具有能量密度高、成本低等特点,被广泛认为是最具发展潜力的锂离子电池正极材料之一。世界诸多国家在LRLOs领域深耕多年,申请了许多具有重要意义的专利。本文通过智慧芽(PatSnap)全球专利... 富锂层状氧化物(Li-rich layered oxides,LRLOs)具有能量密度高、成本低等特点,被广泛认为是最具发展潜力的锂离子电池正极材料之一。世界诸多国家在LRLOs领域深耕多年,申请了许多具有重要意义的专利。本文通过智慧芽(PatSnap)全球专利信息数据库对全球已公开的LRLOs相关专利进行检索,对获得的1647项专利,按照申请情况、地域分布、申请人与发明人、技术类型等进行了系统整理和深入分析。结果表明:LRLOs正处于高速发展期,具有广阔的发展前景及商业价值。然而,LRLOs仍存许多亟待解决的技术难题,尤其是容量及电压衰减问题。为了实现LRLOs的广泛商业化应用,需加大创新力度,针对LRLOs面临的主要问题,对材料进行不断优化及改进。本文对今后LRLOs的研发及产业布局具有重要参考价值。 展开更多
关键词 离子电池 富锂层状氧化物 专利分析 发展态势
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富锂层状氧化物正极材料“可逆高氧活性”的研究进展 被引量:1
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作者 方泽平 邱报 刘兆平 《储能科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第1期240-251,共12页
在当前已知的锂离子电池正极材料中,富锂层状氧化物的放电比容量高出传统正极材料将近一倍,因而被认为是开发新一代高能量密度电池的理想材料。它一般由Li_(2)MnO_(3)和LiTMO_(2)在纳米尺度上形成两种层状结构或固溶体,其充放电反应机... 在当前已知的锂离子电池正极材料中,富锂层状氧化物的放电比容量高出传统正极材料将近一倍,因而被认为是开发新一代高能量密度电池的理想材料。它一般由Li_(2)MnO_(3)和LiTMO_(2)在纳米尺度上形成两种层状结构或固溶体,其充放电反应机制包括过渡金属活性和晶格氧活性,发挥可逆高氧活性直接决定着材料的放电比容量、循环稳定性等问题,材料的化学组成、微观结构、合成加工等关键因素直接控制着高氧活性的可逆性。本文详细地介绍了中国科学院宁波材料所近几年围绕富锂层状氧化物“可逆高氧活性”的研究进展。首先揭示了富锂锰基层状氧化物中不同元素氧框架结构基元的存在形式对氧活性的作用规律,其次探讨了不同维度的颗粒尺寸和晶畴尺寸对氧活性的影响机制,再次发展了优化体相结构及表面改性对氧活性的稳定性策略和提出了构筑体相无序结构抑制电压衰减的方法,最后探索构建了高比能富锂锰基电池新体系。这些研究结果为低成本、高容量富锂层状氧化物正极材料的设计制备和实际应用提供了理论支撑和方法指导。 展开更多
关键词 富锂层状氧化物 可逆高氧活性 含钴 晶畴尺寸 表面改性 电压衰减
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富锂层状氧化物正极材料研究进展 被引量:2
6
作者 陈宇方 李宇杰 +2 位作者 郑春满 谢凯 陈重学 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期792-800,共9页
富锂层状氧化物正极材料(xLi_2MnO_3·(1–x)LiMO_2(M=Ni_yMn_zCo_(1-y-z)….)理论容量高、价格低廉,是新一代锂离子电池正极材料的候选之一。本文概述了该正极材料的结构,分析了其在电化学活化过程与循环过程中结构的演变,探讨了... 富锂层状氧化物正极材料(xLi_2MnO_3·(1–x)LiMO_2(M=Ni_yMn_zCo_(1-y-z)….)理论容量高、价格低廉,是新一代锂离子电池正极材料的候选之一。本文概述了该正极材料的结构,分析了其在电化学活化过程与循环过程中结构的演变,探讨了结构变化对正极材料电化学性能的影响规律,并概括了目前针对该类正极材料电化学性能提升所开展的离子掺杂和表面改性的研究工作,展望了未来富锂层状氧化物正极材料的发展方向。 展开更多
关键词 富锂层状氧化物 活化和循环过程 晶相结构演变 表面改性 离子掺杂 综述
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TiO_2(B)表面修饰富锂层状氧化物Li(Li_(0.17)Ni_(0.2)Mn_(0.58)Co_(0.05))O_2正极材料 被引量:5
7
作者 刘沁 袁文 高学平 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1257-1264,共8页
采用喷雾干燥法和沉淀法,制备了表面修饰TiO2(B)(2wt%、4wt%、6wt%和8wt%)的富锂层状氧化物Li(Li0.17Ni0.2Mn0.58Co0.05)O2正极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结构测试分析结果表明,修饰T... 采用喷雾干燥法和沉淀法,制备了表面修饰TiO2(B)(2wt%、4wt%、6wt%和8wt%)的富锂层状氧化物Li(Li0.17Ni0.2Mn0.58Co0.05)O2正极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结构测试分析结果表明,修饰TiO2(B)后样品的体相结构仍然保持初始样品的层状结构,仅氧化物颗粒表面附着有少量TiO2(B)纳米晶。示差扫描量热测试(DSC)表明,与初始样品比较,修饰TiO2(B)后样品的热稳定性得到明显改善。在2.0~4.8 V范围内进行恒流电化学性能测试。研究显示,在0.1C(1C=300 m A/g)倍率下,修饰4wt%TiO2(B)样品的首次放电比容量可达296.4 m Ah/g,首次库伦效率则由初始样品的77.7%提升到修饰TiO2(B)后样品的84.3%,100周循环后电极容量保持率由初始样品的69.5%提升到修饰TiO2(B)后样品的80.2%。即使在阶梯倍率的2C倍率下,修饰4wt%TiO2(B)的样品仍具有较高的电化学容量(166.5 m Ah/g)。以上研究结果表明,表面修饰TiO2(B)纳米晶可以显著改善富锂层状氧化物Li(Li0.17Ni0.2Mn0.58Co0.05)O2的热稳定性和电化学性能。 展开更多
关键词 离子电池 正极 富锂层状氧化物 表面修饰 TiO2(B)
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锂离子电池用富锂层状氧化物正极材料研究进展 被引量:1
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作者 王巍 陈要忠 高学平 《电池》 CAS 北大核心 2023年第3期237-242,共6页
富锂层状氧化物xLiMO_(2)·(1-x)Li_(2)MnO_(3)(M=Ni、Co和Mn等)具有高比容量的优势(>250 mAh/g),成为下一代高比能量锂离子电池正极材料的有力竞争者。总结富锂层状氧化物正极材料的研究进展,重点阐述富锂层状氧化物的晶体结构... 富锂层状氧化物xLiMO_(2)·(1-x)Li_(2)MnO_(3)(M=Ni、Co和Mn等)具有高比容量的优势(>250 mAh/g),成为下一代高比能量锂离子电池正极材料的有力竞争者。总结富锂层状氧化物正极材料的研究进展,重点阐述富锂层状氧化物的晶体结构、能级特征、反应机制和存在的主要问题,提出应对目前困境所采取的结构调控和可行策略,为富锂层状氧化物的发展提供研究思路。 展开更多
关键词 离子电池 正极材料 富锂层状氧化物 高比容量 稳定性
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石墨烯包覆富锂层状材料的制备及其电化学性能 被引量:6
9
作者 侯孟炎 王珂 +1 位作者 董晓丽 夏永姚 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期195-200,共6页
应用共沉淀结合固相烧结合成了富锂层状氧化物(Li-rich layered oxide,LLO)Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2.对制备的富锂材料用氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)包覆后,再经300oC空气中煅烧,制备了石墨烯(Graphene,Gra)卷绕包覆的复合材料(LLO... 应用共沉淀结合固相烧结合成了富锂层状氧化物(Li-rich layered oxide,LLO)Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2.对制备的富锂材料用氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)包覆后,再经300oC空气中煅烧,制备了石墨烯(Graphene,Gra)卷绕包覆的复合材料(LLO/Gra).使用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)及电化学方法表征所得样品.结果表明,富锂层状氧化物均匀地卷绕在石墨烯中.与原始富锂材料相比,石墨烯包覆后的复合材料表现出更加优异的电化学性能.尤其是石墨烯卷绕可以改善富锂材料的导电性,提高材料的放电倍率性能,在2.0至4.8 V电压范围内,0.1C(20 m A·g-1)电流充放电下,容量达270 m Ah·g-1,1C倍率下复合物的放电容量接近200 m Ah·g-1,比原始LLO材料170 m Ah·g-1提高了15%. 展开更多
关键词 富锂层状氧化物 石墨烯 正极材料 离子电池 碳包覆
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ZrO2包覆的层状富锂正极材料0.6Li[Li(1/3)Mn(2/3)]O2·0.4LiNi(5/12)Mn(5/12)Co(1/6)O2的电化学性能 被引量:4
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作者 黄继春 梅琳 +3 位作者 马峥 朱贤雨 全景宾 李德成 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1236-1242,共7页
采用喷雾干燥法合成了富锂层状氧化物正极材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O2·0.4LiNi_(5/12)Mn_(5/12)Co_(1/6)O_2(简称LNMCO),并使用Zr(CH3COO)4进行ZrO_2的包覆改性。TEM测试结果显示纳米级的ZrO_2颗粒附着在LNMCO的表面。包覆质量... 采用喷雾干燥法合成了富锂层状氧化物正极材料0.6Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O2·0.4LiNi_(5/12)Mn_(5/12)Co_(1/6)O_2(简称LNMCO),并使用Zr(CH3COO)4进行ZrO_2的包覆改性。TEM测试结果显示纳米级的ZrO_2颗粒附着在LNMCO的表面。包覆质量分数为1.5%的ZrO_2包覆样品的首圈库伦效率和放电比容量有着显著提升,在室温下其首圈库伦效率和放电比容量(电流密度:20 m A·g-1,电压:2.0~4.8 V)分别为87.2%,279.3 m Ah·g-1,而原样则为75.1%,224.1 m Ah·g-1,循环100圈之后,1.5%ZrO_2包覆样品的放电比容量为248.3 m Ah·g-1,容量保持率为88.9%,高于原样的195.9 m Ah·g-1和87.4%。 展开更多
关键词 离子电池 正极材料 富锂层状氧化物正极 氧化锆包覆
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富锂锰基材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2(x=0.3,0.5,0.7)的电化学和同步辐射研究 被引量:2
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作者 侯孟炎 鲍洪亮 +2 位作者 王珂 王建强 夏永姚 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期288-298,共11页
采用共沉淀的方法,以过渡金属硫酸盐为起始物质制备了一系列不同组成的富锂锰基正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2(x=0.3,0.5,0.7),通过XRD、Rietveld精修等物理手段比较了不同组成材料的结构特征.通过对比... 采用共沉淀的方法,以过渡金属硫酸盐为起始物质制备了一系列不同组成的富锂锰基正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2(x=0.3,0.5,0.7),通过XRD、Rietveld精修等物理手段比较了不同组成材料的结构特征.通过对比不同比例材料的首周库仑效率、放电可逆容量、循环性能、电压降现象及不同温度下各比例富锂材料的倍率表现等电化学性能,确定0.5Li_2MnO_3·0.5LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2为该系列材料的最优比例.然后采用原位X射线吸收谱技术,对富锂材料在首周活化过程中的机理进行了研究.同步辐射结果表明,在首周充电过程中,镍和钴的价态分别从+2、+3价氧化到+4价,而对于锰来讲,虽然在富锂锰基材料活化的过程中其周围的局域电子结构发生了一定的变化,但是其化合价始终维持在+4价没有发生变化. 展开更多
关键词 富锂层状氧化物 正极材料 离子电池 原位X射线吸收谱
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非晶硼磷玻璃包覆Li[Li_(0.2)Co_(0.13)Ni_(0.13)Mn_(0.54)]O_2正极材料的研究 被引量:4
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作者 尚珂会 何巍 +2 位作者 艾新平 曹余良 杨汉西 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期247-251,共5页
采用聚合物热解的方法合成了富锂正极材料Li[Li0.2Co0.13Ni0.13Mn0.54]O2(RLMO),并对其进行硼磷玻璃(BPG)表面包覆。经过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)实验表明,材料颗粒尺寸在100~200 nm范围,其表面明显具... 采用聚合物热解的方法合成了富锂正极材料Li[Li0.2Co0.13Ni0.13Mn0.54]O2(RLMO),并对其进行硼磷玻璃(BPG)表面包覆。经过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)实验表明,材料颗粒尺寸在100~200 nm范围,其表面明显具有非晶包覆层,且表面包覆不会改变材料的主体结构。在2.0~4.8 V范围内进行恒流充放电测试表明,非晶硼磷玻璃包覆材料(BPG-RLMO)具有更高的首次放电比容量(279.5 m Ah/g,30 m A/g)、高的首次库仑效率(91.3%)和优异的循环稳定性(100次循环后容量保持率为86.4%,30 m A/g)。这些结果表明非晶硼磷玻璃包覆可有效抑制电解液的表面分解和所引起的表面结构破坏,提高了材料的首次库仑效率和循环稳定性,为高性能富锂正极材料的发展提供一种可借鉴途径。 展开更多
关键词 离子电池 正极材料 富锂层状氧化物 硼磷玻璃 包覆
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不同铝源Al_2O_3包覆Li_(1.15)Ni_(0.17)Co_(0.11)Mn_(0.57)O_2电化学性能研究 被引量:2
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作者 张莉莉 陈静娟 项宏发 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第11期2115-2117,2176,共4页
分别采用硝酸铝[Al(NO_3)_3]、异丙醇铝(C_9H_(21)AlO_3)及纳米氧化铝(nano-Al_2O_3)为原料,通过不同方法对富锂层状氧化物正极材料Li_(1.15)Ni_(0.17)Co_(0.11)Mn_(0.57)O_2进行包覆改性,研究了不同铝源为原材料进行Al_2O_3包覆对Li_(1... 分别采用硝酸铝[Al(NO_3)_3]、异丙醇铝(C_9H_(21)AlO_3)及纳米氧化铝(nano-Al_2O_3)为原料,通过不同方法对富锂层状氧化物正极材料Li_(1.15)Ni_(0.17)Co_(0.11)Mn_(0.57)O_2进行包覆改性,研究了不同铝源为原材料进行Al_2O_3包覆对Li_(1.15)Ni_(0.17)Co_(0.11)Mn_(0.57)O_2的结构和电化学性能的影响。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)及电化学测试等方法来表征包覆前后Li_(1.15)Ni_(0.17)Co_(0.11)Mn_(0.57)O_2材料的表面形貌和电化学性能。研究结果表明,Al(NO_3)_3为铝源的包覆提高了电池的首次比容量、循环性能及倍率性能,以C_9H_(21)AlO_3为铝源的包覆层对电池的循环性能有比较好的提升。 展开更多
关键词 离子电池 富锂层状氧化物正极材料 AL2O3 包覆
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YF_3包覆Li(Li_(0.22)Ni_(0.17)Mn_(0.61))O_2正极材料的性能
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作者 冯欣 李国然 +1 位作者 叶世海 高学平 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期322-327,共6页
富锂层状氧化物作为锂离子电池正极材料具有高比容量优势.采用草酸盐共沉淀法制备Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2,并用YF3包覆电极.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)表征材料结构、观察材料形貌.结果表明,材料... 富锂层状氧化物作为锂离子电池正极材料具有高比容量优势.采用草酸盐共沉淀法制备Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2,并用YF3包覆电极.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)表征材料结构、观察材料形貌.结果表明,材料颗粒尺寸在100~200 nm范围,YF3包覆不会改变材料结构和形貌.电化学恒流充放电测试表明,YF3包覆Li(Li0.22Ni0.17Mn0.61)O2电极的比容量,尤其倍率比容量明显提高.60 mA·g-1电流密度下包覆电极材料30周循环后其比容量保持在220 mAh·g-1以上,1500 mA·g-1电流密度下其比容量仍可达150 mAh·g-1.电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,YF3包覆电极电荷转移电阻和扩散阻抗均明显降低,有利于电化学性能改善. 展开更多
关键词 离子电池 正极材料 富锂层状氧化物 YF3包覆 高倍率性能
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