富锂层状氧化物阴极的形貌和互连微结构驱动的高倍率性能

　　ACS Appl. Mater. Interfaces：富锂层状氧化物阴极的形貌和互连微结构驱动的高倍率性能
　　DOI: 10.1021/acsami.0c05752
　　通过固态反应（SSR-S）、水热法（HT-LLO）和静电纺丝工艺（ES-LLO）合成了具有三种不同微结构形式Li1.23Mn0.538Ni0.117Co0.114O2组成的富锂层状氧化物（LLO）阴极，并研究了其形貌对电化学性能的影响。尽管阴极具有不同的形态，但在结构上它们是相同的。在扫描透射电子显微镜下，使用能量色散X射线光谱（EDS）映射进行的元素色散研究显示元素分布均匀。但是，SSR-LLO和ES-LLO纳米纤维显示出轻微的富Co区。从充放电、C-倍率性能和循环稳定性等方面评估了LLO阴极的电化学性能。纤维状LLO阴极实现了275 mAh g-1的高可逆容量，这也表明其具有良好的高倍率性能（10C速率下为80 mAh g-1）。其容量和倍率性能均优于SSR-LLO[210.5 mAh g-1（0.1C速率）和4 mAh g-1（3C速率）]以及HT-LLO[242 mAh g-1（0.1C速率）和22 mAh g-1（10C速率）]阴极。ES-LLO阴极以1C的速率在100个循环后显示出88％的容量保持率。观察发现在三个阴极中循环电压降低是常见的，但是，在ES-LLO的循环过程中观察到最小的电压衰减和容量损失。良好连接的小LLO颗粒在ES-LLO中形成纤维状微结构，可提供增强的电解质/阴极界面面积，并减少Li+的扩散路径长度。这也促进了静电纺LLO阴极的优异电化学性能，以更好地适用于快速充电电池。
　　图1.（a）SSR-LLO、（b）HT-LLO和（c）Rietveld改进的ES-LLO的XRD图。（d）六角形和（e）单斜相的标准ICDD数据。峰（i）（006）/（012）和（ii）（018）/（110）XRD图的放大区域。
　　图2.SSR-LLO、HT-LLO和ES-LLO的拉曼光谱显示层状结构的特征谱带。
　　图3.LLO的SEM图像：（a）通过SSR制备的纳米颗粒附聚物，（b）通过水热法合成的片晶，以及（c）通过静电纺丝工艺将纤维中的纳米颗粒彻底互连。
　　图4.通过不同工艺合成的LLO的明场TEM图像：（a，d）固态反应（SSR-LLO），（b，e）水热法（HT-LLO），（c，f）静电纺丝工艺（ES-LLO）。
　　图5.（a-e）SSR-LLO、（f-j）HT-LLO、（k-o）ES-LLO阴极的元素映射。图的比例尺为1µm。富Co区由（d，n）中的白色箭头指示。
　　图6.SSR-LLO、HT-LLO和ES-LLO阴极的（a）Ni L-边缘、（b）Co L-边缘、（c）Mn L-边缘和（d）O K-边缘的XANES光谱。
　　图7.（a）SSR-LLO、HT-LLO和ES-LLO阴极的初始充放电曲线。LLO阴极在不同C速率下的恒电流充放电曲线：（b）SSR-LLO，（c）HT-LLO，（d）ES-LLO。
　　图8.（a）在2.0 V至4.7 V的电位范围内测得LLO阴极相对于Li/Li+的倍率性能。（b）从（a）获得不同C速率（0.1C至20C）下SSR-LLO、HT-LLO和ES-LLO阴极的平均容量。竖条表示每个C速率下容量变化的范围。
　　图9.根据LLO阴极在1C速率下的（a）电容变化和（b）平均放电电压电势变化，评估LLO阴极在1C速率下100次循环中的循环性能。
　　图10.（a-c）在不同循环下以1C速率测量的纳米颗粒（SSR-LLO）、纳米片晶（HT-LLO）和纤维状（ES-LLO）阴极的充放电曲线，（d-f）显示SSR-LLO、HT-LLO和ES-LLO阴极的相应dQ/dV图。
　　图11.饼图总结了文献中报道的纤维状LLO阴极在0.1C速率（左图）和5C速率（右图）下的容量值。圈出的数字是指从＂支持信息＂部分给出的参考中获得的数据源。褐红色的扇形段中标记的容量值呈径向增加。以圆圈大小表示的容量值在＂容量＂饼图段中显示。其他饼图段，绿色（Li）、红色（Mn）、棕色（Ni）和粉红色（Co）显示了分子式LiaMnxNiyCozO2中元素的组成。径向线表示a、x、y和z的值。这些值在外圆的圆周上给出。
　　文章来源：易丝帮
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