影响Li2MnO3电化学活化的结构性缺陷外文翻译资料

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影响Li₂MnO₃电化学活化的结构性缺陷

摘要：结构缺陷，如Mn³ /氧的非化学配比很大程度上影响用Li₂MnO₃作为一种关键组分的层状富锂富锰氧化物(LMR)的电化学性能。于此，准备含不同数量的Mn³ /氧的非化学配比结构缺陷的Li₂MnO₃样品。结果清楚地表明,退火Li₂MnO₃(ALMO)，淬火Li₂MnO₃(QLMO)和用Super P研磨的淬火Li₂MnO₃ (MLMO)都显示纯的C2/m单斜相层错。 MLMO显示Mn³ 的最多,其次是QLMO。Li₂MnO₃中 Mn³ 量的增加(如样本MLMO)促进了Li₂MnO₃的活化，导致初始放电比容量高达的167.7mAhg^-1，在样本调查工作中最高。然而，加速活化Li₂MnO₃也导致结构更快的转变到尖晶石阶段,使容量快速下降。因此, 合成的LMR正极中Mn³ 的量需要控制在一个能保证初始活化能力和长期循环稳定性的范围。这项工作的结果可以广泛应用于解释Mn³ 影响不同种类的LMR正极。

关键字：Li₂MnO₃、结构缺陷、Mn³ 、富锂、锂离子电池。

介绍

锂离子电池是移动应用程序的化学能量存储系统最受欢迎的电池，如便携式电子设备和电动汽车（EVs）。然而，由于正极材料的能量密度有限，当前锂离子电池的能量密度仍不能满足远程电动汽车应用的需求，如LiCoO₂，LiMn₂O₄，LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ 和LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂。[1,2] 因此,一直致力于寻求具有更高的能量密度的材料替代正极材料。富锂，富含锰(LMR)层状氧化物，表示xLi₂MnO₃(1—x)LiMO₂(M = Mn,Ni,Co,Fe,Cr等等。)为吸引人的正极候选者,因为他们的高放电容量(大于250mAhg^-1)，高工作电压(大于3.5 V vs. Li/Li )和低成本。[3–6] 然而，长期循环稳定的LMR正极，它的电导率低，首次库仑效率低，连续电压逐渐消失是与含Li₂MnO₃的富锂层状氧化物的物理化学性质密切相关的。[2,7]

最近，研究了Li₂MnO₃材料中结构缺陷，氧的非化学配比和Mn³ 对其电化学性能的影响。[8–10] 据报道,氧的非化学配比显著增强Li₂MnO₃中锂的可逆夹层中电子的电导率和电化学活性。[10] 此外,氧的非化学配比和Li₂MnO₃中的Mn³ 组分也显著影响LMR分层正极材料的电化学性能。据报道, 通过简单地改变锂源自调节氧气分压的方法可以诱导形成Li[Li_0.14Mn_0.47Ni_0.25Co_0.14] O2晶体中的Mn³ 。[11] Mn³ 是Li₂MnO₃激活的组分且能提高LMR材料的电化学性能。[11]

目前，我们准备Li₂MnO₃中Mn³ 含量较高的样品的几种方法包括退火、淬火和用Super P球磨的淬火样品。结构性缺陷 (氧的非化学配比/Mn³ )在形态、结构和电化学性能方面对Li₂MnO₃的影响由不同处理方法有计划地调查。 一个基本的理解已经得到公认，Li₂MnO₃包含的LMR正极材料影响Mn³ 的含量。

图1：扫描电镜的图像(a,b)淬火Li₂MnO₃(QLMO)，(c,d) 用Super P研磨淬火Li₂MnO₃ (MLMO)和(e,f)退火Li₂MnO₃(ALMO)。

样品制备

球磨化学计量的Li₂MnO₃和MnO₂(包括来自西格玛奥尔德里奇)使用SPEX混合器/磨机制备4h，接着在900℃空气热处理12h然后不同的冷却过程得到Li₂MnO₃样品。过量的5mol/%

的Li₂MnO₃用来弥补在高温中的损失。QLMO和ALMO对应样本分别淬火或退火至室温。一些淬火Li₂MnO₃用5wt%Super P(来自Timcal)进一步研磨(Retsch的PM100CM的小的圆的颗粒) 4 h，并标记MLMO。

图2：用Li2MnO3粉末(QLMO MLMO和ALMO)做成的lambda;= 0.779的SXRD样品。

电化学测量

电极是由铸造的浆状Li₂MnO₃样本，Super P，和聚偏二氟乙烯 (聚偏二氟乙烯HSV900HSV, Arkema Inc .) 溶入N-甲基吡咯烷酮(SigmaAldrich)溶剂然后放入铝箔中制成。Li2MnO3:Super P:PVDF 的重量比为80:10:10。在80℃真空干燥后,电极穿孔到磁盘直径为1.4厘米。加入活性物质3~4 mg·cm^-2。R2032硬币电池与铝罐组装在一个充氩MBraun手套箱使用锂箔，Celgard聚乙烯薄膜，和1M LiPF₆乙烯碳酸甲酯的混合物与碳酸亚乙酯以7:3体积比混合作为阳极,加上隔离板和电解质。在室温下用Arbin bt - 2000电池进行电化学测试。电池电压在2.0~4.8V之间。Li /Li电流密度为10mA·g^-1 。所有电位都与Li /Li在这期间的工作有关。

图3：Mn 2p XPS谱的拟合结果(a)QLMO，(b)MLMO和(c)ALMO。