唐发满

(五矿盐湖有限公司,青海西宁 810003)

LiNi0.5Mn0.5O2具有与LiCoO2相同的层状结构,成本低、比容量高且对环境友好,在充放电过程中的体积变化小,吸引了研究者们的注意。在该材料中,镍(Ni)处于+2价态,是具有化学活性的元素,而锰(Mn)处于+4价态,在充放电状态下维持结构的稳定[1]。LiNi0.5Mn0.5O2存在的缺点,影响了进一步的应用:Ni2+在充电状态下被氧化为Ni4+,而Ni4+经常与电解液发生副反应,使结构崩塌,导致材料的循环性能差[1];Li+的半径(0.076 nm)与Ni2+的半径(0.069 nm)接近,Ni2+可能占据Li+位点,造成锂镍混排,导致材料充放电速度减慢[2];LiNi0.5Mn0.5O2正极材料在充放电过程中还有电压下降快、极化严重等问题。

元素掺杂和纳米化是提高正极材料电化学性能的有效方法。引入外来离子(如Mg2+、Al3+、Ti3+和Ca2+)的掺杂方法可缓解循环过程中的电压降[2],但没有明确的证据表明金属掺杂能改善Li+在结构中的扩散动力学。纳米化也有明显的弱点,如副反应多和体积膨胀等。在表面包覆MgO、Al2O3、ZrO2、SiO2和CeO2等惰性氧化物,也可以提高正极材料的电化学性能[3],原理是减少正极材料和电解质之间的副反应。形成的包覆层会延长Li+扩散路径;这些包覆层作为Li+导电的绝缘体,不能促进界面电荷的转移。与上述包覆层材料相比,Li2TiO3具有稳定的结构,可作为保护层来阻止电解液与正极材料间的副反应,是一种理想的包覆材料。Li2TiO3还具有有利于Li+扩散的三维路径,可提高Li+迁移速率[3]。

本文作者将Li2TiO3包覆在LiNi0.5Mn0.5O2正极材料的表面,讨论Li2TiO3包覆对LiNi0.5Mn0.5O2正极材料的结构与性能的影响,并总结材料结构与电化学性能之间的联系。……