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Gaドーピングによるスピネル構造LiNi0.5-xGaxMn1.5O4カソード材料の電気化学的性能の向上

要約

LiNi 0.5-x を得るために、ゾルゲル法が採用されました。 Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル。 LiNi 0.5 に対するGaドーピングの影響 Mn 1.5 O 4 そしてその最適含有量を調査し、室温および高温での電気化学的特性を議論した。 LiNi 0.5-x の構造的、形態的、および振動的特徴 Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)化合物は、X線回折(XRD)、走査型電子顕微鏡(SEM)、およびフーリエ変換赤外分光法(FT-IR)によって特徴づけられました。 XRDの結果は、すべてのサンプルがFd3mの空間群を持つ無秩序なスピネル構造を持ち、GaドーピングがLi x の形成を抑制することを示しています。 Ni 1-x O二次相。 FT-IR分析は、Gaドーピングが陽イオンの乱れの程度を増加させることを明らかにしています。 SEMの結果は、すべてのサンプルが微細なスピネル八面体結晶を持っていることを示しています。サンプルの電気化学的性能は、定電流充電/放電テスト、dQ / dVプロット、および電気化学的インピーダンス分光法(EIS)によって調査されました。 LiNi 0.44 Ga 0.06 Mn 1.5 O 4 最適な含有量のサンプルは、特に高い放電速度と高温で、Gaドーピング後に優れた速度性能とサイクル安定性を示します。さらに、LiNi 0.44 Ga 0.06 Mn 1.5 O 4 サンプルは、初期容量115.7 mAhg -1 の98.3%を保持していました。 100サイクル後の3Cの放電率で、元のサンプルは87.3 mAhg -1 の放電容量を提供しました。 3 Cで、100サイクル目で80%の容量保持。手付かずの素材と比較して、LiNi 0.44 Ga 0.06 Mn 1.5 O 4 サンプルは、1 Cの放電率と55°Cで50サイクル後、74〜98.4%の高い容量保持率を示しました。

背景

リチウムイオン電池の用途が増えるにつれ、その要件も高まっています。サイクル寿命が長く、エネルギー密度が高く、コストが低いバッテリーは、消費者のニーズを満たすことができます。スピネルLiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (LNMO)は、その高い作業ポテンシャル[2]、低コスト[3]、および658 Wh kg -1 > 。 LiNi 0.5 のすべての利点 Mn 1.5 O 4 三次元リチウムイオン拡散経路と高い動作電圧によるものです[5]。

ただし、スピネルLiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 材料にも解決すべきいくつかの問題があります。まず、Li x Ni 1-x スピネルLiNi 0.5 の調製プロセス中にO二次相が形成されます Mn 1.5 O 4 材料[6]。第二に、電解質は高い動作電圧(4.7 V)で分解する傾向があります(vs Li / Li + )[1]、これは容量の減少と電気化学的性能の低下を引き起こします。

電気化学的性能を改善するために多くの試みが提案されてきた。元素ドーピングと、Cr [7]、Mg [8]、Y [9]、Ce [10]、Al [11]、Cu [12]、Ga [13]ドーピングなどのコーティングの適用、およびBiFeO 3 [14]およびAl 2 O 3 [15]コーティングは、LiNi 0.5 のサイクル寿命またはレート性能を向上させる可能性があります Mn 1.5 O 4 さまざまな程度のサンプル。たとえば、CeをドープしたLiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 サイクリングの安定性を向上させることができます(100サイクル後に94.51%の容量保持)[10]、Al 2 O 3 コーティング層は、発生した副反応を低減します。 LiMn 2 におけるGaによるMnサイトの置換に関する最初の調査 O 4 スピネル構造はLiuらによって報告されました。彼らは、Gaドーピングがスピネル構造のヤーンテラー協調歪みを抑制できることを発見しました[16]。 2011年、Shin etal。 Gaをドープしたサンプルは、サンプルの表面にGaが存在するため、より安定した界面を形成し、スピネル構造を安定化できると彼らが判断した論文を発表しました[13]。 1年後、Shin [17]はLiMn 1.5 を合成しました Ni 0.5 − x M x O 4 (M =Cr、Fe、およびGa)水酸化物前駆体法により、Gaドープサンプルと元のサンプルは700°Cでのアニーリング後に速度能力の低下を示すことがわかりました。さらに、彼らはまた、救貧税の能力がGa 3+ の広範な分離によって引き起こされていることを発見しました。 アニーリング後。 Wei Wu etal。固体法の特徴は、粒子のサイズと分布が不均一であるということであると彼らが提唱した論文を発表しました[9]。ゾルゲル法は、Wang [18]によると、十分に結晶化した八面体の形成と狭い粒子分布に有利です。しかし、さまざまなGaドーピング含有量でのレート容量と電気伝導率、および高温でのGaの役割を体系的に調査することにほとんど注意が向けられていません。 Gaドーピング濃度が電気化学的特性にどのように影響するかを詳細に理解し、LiNi 0.5 の適切なGaドープ含有量を調査する Mn 1.5 O 4 材料、さまざまなGaドーピング濃度のサンプルは、初めてゾルゲル法によって調製されました。サンプルの構造、形態、および電気化学的性能を体系的に調査しました。

結果と考察

構造的および形態素解析

LiNi 0.5-x のXRDパターン Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)標本を図1に示します。これは、サンプルの主要な回折ピークが、スペースのある無秩序なスピネル構造のカード(JCPDS No. 80-2162)と一致していることを明確に示しています。グループFd3m。もう1つの最も重要な発見は、LiNi 0.5 の37.4°、43.7°、および63.8°(*でマーク)に追加の回折ピークが現れることでした。 Mn 1.5 O 4 Li x に割り当てる必要がある主要な回折ピークに加えてサンプル Ni 1-x O二次相。この発見は、Li x の形成が以前に報告された結果と一致しています。 Ni 1-x O二次相は高温焼結によるものであり、活物質の量を減らすことが考えられた[19]。 Li x の存在 Ni 1-x O二次相はLi + を阻害する可能性があります Wuによるイオン拡散[9]。ただし、Gaドープサンプルでは追加の二次相は検出されませんでした。これは、GaドーピングがLi x の形成を阻害する可能性があることを示唆しています。 Ni 1-x 不純なフェーズを提供し、単一のフェーズを提供します。

LiNi 0.5-x のXRDパターン Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル

I 311 の強度比が / I 400 ピークは構造の安定性を反映している可能性があり[20]、それによってI 311 の値の間に正の相関が存在します。 / I 400 そして構造の安定性。 I 311 の強度比 / I 400 LiNi 0.5-x のピーク Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)のサンプルは、それぞれ0.8636、0.9115、0.9216、0.9097、0.8966(表1に記載)です。 I 311 の値によると / I 400 、Gaドーピングは構造安定性を促進できると推測できます。さらに、表1は、I 311 の強度比の上昇を明確に示しています。 / I 400 Gaドーピング含有量がさらに増加するにつれて、ピークに達し、その後減少します。比率はLiNi 0.44 で最大に達しました Ga 0.06 Mn 1.5 O 4 サンプルは、このサンプルが最も安定した構造を持っていることを示唆しています。この結果は、高速および高温での周期的な性能曲線と一致しています。

<図>

LiNi 0.5-x の空間群をさらに調査するには Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル、FT-IR分光法(図2に表示)は400〜700 cm -1 の範囲で実行されました。 。無秩序なFd3m空間群と順序付けられたP4 3 を決定するための鍵 32空間群は、Ni 2+ の無秩序度です。 およびMn 4+ スピネル構造で。 588および621cm -1 のバンド それぞれNi-O結合とMn-O結合に対応します。 621 cm -1 でのより強いピーク強度 588 cm -1 ではなく Fd3m構造の特徴です[21]。 Kunduraci etal。 [22]は、I 588 の値が低いことを観察した論文を発表しました。 / I 621 だった、Mn 4+ の無秩序度が高かった およびNi 2+ スピネル構造のイオンは次のようになります。高度の陽イオン障害は、高い導電率につながります。 I 588 の強度比を計算しました / I 621 Ga-0、Ga-0.04、Ga-0.06、Ga-0.08、およびGa-0.1サンプルの場合、それぞれ0.9524、0.9187、0.708、0.8525、および0.9263(表2にリストされている)として。興味深いことに、I 588 の値 / I 621 最初に減少し、次にGa含有量の増加とともに増加します。これは、陽イオン障害の程度の増加を示し、次にGaドーピング含有量の増加に続いて減少します。 Ga-0.06は、I 588 の最小値を示します / I 621 、それが最高度の陽イオン障害を持っていることを示唆している。 I 588 の値 / I 621 は1未満であり、無秩序なFd3m構造の特徴であり[21]、これは上記のXRD分析の結果と一致しています。注文したP 4 と比較 332構造、無秩序なFd3m構造は、秩序だったP 4 よりも優れた電気化学的特性を示しました。 332構造[23]。

LiNi 0.5-x のFT-IRスペクトル Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル

<図>

サンプルの粒子形態はSEMによって観察されます。この結果は、図3に示すように、すべてのサンプルがスピネル八面体構造を持ち、微細な結晶を持っていることを示しています。 Gaをドープしたサンプルの表面にはいくつかの粒子が観察されましたが、LiNi 0.5 には存在しませんでした。 Mn 1.5 O 4 。図4に示すように、EDSは定性分析の方法であり、GaをドープしたサンプルにGaが存在することを示しています。明らかに、 x の追加に続いて 値では、Gaの濃度の大幅な増加が記録され、Gaが結晶格子にドープされたことを示しています。

LiNi 0.5-x のSEM画像 Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1) a Ga-0、 b Ga-0.04、 c Ga-0.06、 d Ga-0.08、および e Ga-0.10

LiNi 0.5-x のEDS画像 Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1) a Ga-0、 b Ga-0.04、 c Ga-0.06、および d Ga-0.08

電気化学的性能分析

LiNi 0.5-x のレート能力の向上に対するGaドーピングの影響を調べるため Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)、0.2、0.5、1、2、および3Cの放電率での未処理およびGaドープサンプルの容量を調査しました。図5aから、Gaドーピング後にレート能力が明らかに向上しました。 Ga-0.06は、124.4、114.2、108と比較して、それぞれ0.2、0.5、1、2、および3 Cの速度で122.5、120.9、120.3、117.5、115.7 mAh / gという優れた速度性能を達成したことは注目に値します。 、99.8、87.3 mAh / gのLiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 同じレートで。電気化学的に活性なNi 2+ の結果として、ドープされたサンプルの放電容量は、0.2Cの放電速度で元のサンプルよりも低かった。 これはGaに置き換えられています。放電プラトーの場合、図5aから明らかになる最も明白な発見は、Mn 3+ / Mn 4+ およびNi 2+ / Ni 4+ レドックスカップル。これは、Gaドーピングが放電メカニズムを変更しないことを意味します。図5bは、LiNi 0.5-x のレート能力曲線を示しています。 Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル。ただし、元のサンプルの排出容量は、Cレートの増加に伴って急速に減少します。 Ga-0.06の優れたレート能力は、Li x の減少に起因する可能性があります。 Ni 1-x O不純物相、改善された電子伝導性、および改善されたLi + の拡散係数 。不純物相はLi + を妨げるでしょう 離陸または埋め込みからのイオン。 Mn 3+ の増加により、電気伝導率が向上しました。 Gaドーピングによる含有量。この発見は、dQ / dVプロットと一致しています。 Mn 3+ には2つの供給源があります; Mn 3+ の1つの供給源 は酸素欠乏であり[24]、結果としてMn 3+ 、もう1つは、Ga 3+ の置換です。 Ni 2+ の場合 Mn 4+ のかなりの部分が含まれています Mn 3+ に変換する必要があります 電荷の中性を維持します。ただし、Mn 3+ の不均化反応 電解質で発生することは、構造的安定性を助長しません。同時に、ドープされたGaは不動態化層を形成し、電解質と電極材料の間の直接接触を減らしました。これにより不均化の発生が抑制され、優れたレート特性が得られました。上記の分析はすべて、SEMおよびEDSの結果にも準拠しています。

a LiNi 0.5-x の放電曲線 Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)0.2 C、0.5 C、1 C、2 C、3Cのレートでのサンプル。 b LiNi 0.5-x のレート機能 Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル

セルのサイクル性能は、電気化学的特性にとって重要なパラメータです。図6aから、Ga-0、Ga-0.04、Ga-0.06、Ga-0.08、およびGa-0.1サンプルの1 Cおよび25°Cでの容量保持は90.8、94.9、98、94.6、それぞれ91.2%。サイクリング性能は、Gaドーピング後に明らかにさまざまな程度に改善され、Ga-0.06サンプルは最高の性能パラメータを示しました。図6bは、1 Cおよび55°CでのGa-0、Ga-0.04、Ga-0.06、Ga-0.08、およびGa-0.1サンプルのサイクルパフォーマンスを示しています。 Ga-0.06サンプルの容量保持は、1 Cおよび55°Cで50サイクル後の初期容量(121.5 mAh / g)の98.4%でしたが、Ga-0サンプルは113 mAhg -の放電容量を提供しました。 1 そして急激に衰退し、50サイクル目で容量保持率は74%でした。その結果、Ga-0.06サンプルは、高温でのサイクル安定性を改善するために、Ga-0サンプルよりも優れています。これは、Li x の減少に起因するはずです。 Ni 1-x O不純物相とGaドーピングによる不動態化効果による安定した構造。図6c、dは、3 CでのGa-0およびGa-0.06複合材料の放電曲線を示しています。Ga-0.06サンプルの容量保持率は、3 Cで100サイクル後に98.3%に達し、元のサンプルよりも高くなりました。 (80%)。未処理のサンプルの3Cでの放電プラトーは、Ga-0.06の放電プラトーよりも低く、これは、未処理のサンプルの分極度がGa-0.06のそれよりも大きいことを意味します。適切なGaドーピング含有量は、電気化学的特性の向上、特に高温および高放電率でのサイクル安定性の向上に有益であると結論付けることができます。

a LiNi 0.5-x のサイクルパフォーマンス Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)1 Cおよび25°Cでのサンプル、 b LiNi 0.5-x のサイクルパフォーマンス Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.06)1 Cおよび55°Cでのサンプル、 c Ga-0サンプルの放電曲線、および d 3CでのGa-0.06サンプル

電気化学的挙動のより詳細な分析については、dQ / dVプロットを図7a〜eに示します。約4.0Vのピークを図7fに示します。これは、Mn 3+ に割り当てる必要があります。 / Mn 4+ 酸化還元対[25]、無秩序なFd3mスピネル構造の特徴を示しています[9]。 2つの分離ピークは約4.7Vにあり、Ni 2+ に対応します。 / Ni 3+ およびNi 3+ / Ni 4+ レドックスカップル[26]。約4.7Vのピークの強度は、Gaの含有量とともに減少する傾向があることは明らかです。これは、電気的に活性なNiがGaに置換されたためです。約4.0 Vのピークの強度が増加しました。これは、 Mn 3+ の濃度 イオンはGaの含有量とともに増加します。レドックスピークと酸化ピークの電位差が小さいほど、分極は弱くなります。偏光度は、Li + の可逆性の指標です。 電極内のイオン。図7a〜eから、Ni 3+ の酸化ピークと還元ピークの間の最小の電圧差を決定しました。 / Ni 4+ 酸化還元対はGa-0.06サンプルで0.011Vであり、元のサンプル(0.037 V)よりも低く、Li + の最高の可逆性を反映しています。 電極へのイオンの挿入と脱挿入。 dQ / dVプロットの分析結果は、適切なGaドーピング含有量がサンプルの可逆性にプラスの影響を与えることを示しました。この調査結果は、料金容量と D の結果とよく一致しています。 Li + 表3に示されています。

a e LiNi 0.5-x のdQ / dVプロット Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル; f 3.5〜4.3Vの拡大dQ / dVプロット

<図>

電気化学反応速度論に対するGaドーピングの影響をより深く調査するために、図8aは、0.1 Cの速度で3サイクル後に得られたサンプルのEISスペクトルを示しています。ナイキスト線図とLiNiの等価回路(挿入図) 0.5-x Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)コンポジットを図8aに示します。 CPEは、二重層の定位相要素 R に対応します。 e は溶液抵抗を示し、 R ct 電荷移動インピーダンスを表し、半円の直径で表されます。 W Warburgインピーダンスの略で、リチウムイオン拡散の速度を反映しています。 R ct LiNi 0.5-x の Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプルはそれぞれ168.4、133、86.73、113.3、143.66Ωです(表3を参照)。 R ct Gaドーピングの濃度、および最小の R とともに減少しました ct 値は0.06のGaドーピング含有量で発生し、電気化学反応速度の向上を示しています。下の R ct Ga-0.06サンプルの値は、dQ / dVプロットと一致する、より低い電気化学的分極を反映しています。 Li + の拡散係数 ( D Li + )は次の式から得られます[27]:

$$ {D} _ {L {\ mathrm {i}} ^ {+}} =\ frac {R ^ 2 {T} ^ 2} {2 {A} ^ 2 {n} ^ 4 {F} ^ 4 {C} _ {L {i} ^ {+}} ^ 2 {\ sigma} ^ 2} $$(1)

a LiNi 0.5-x のEISスペクトル Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル。 b ω -1/2 に対してプロットされたZ ’のグラフ LiNi 0.5-x の低周波領域 Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル

この式では、 R 気体定数を表します( R =8.314JK mol -1 )、 T 温度(298 K)、 A を表します 電極の表面積 n に対応します 電子移動反応に参加する分子あたりの電子数 F を表します。 ファラデー定数( F =96,500C mol -1 )、 C Li + はサンプル中のリチウムイオン含有量であり、σはウォーバーグ係数です。 σとZ ’の関係は式(1)にリストされています。 (2)図8bの低周波ゾーンの線の傾きから決定されました(表3にリストされています)。

$$ {Z} ^ {\ hbox {'}} ={R} _ {\ mathrm {e}} + {R} _ {ct} + \ sigma {\ omega} ^ {-1/2} $$( 2)

D が増加し、その後減少したことは明らかです。 Li + 、これは電荷移動インピーダンス( R )の反対でした ct )。 D Li + 値は3.89×10 -12 、6.99×10 −12 、7.99×10 −11 、4.88×10 −11 、8.43×10 −11 cm 2 s -1 Ga-0、Ga-0.04、Ga-0.06、Ga-0.08、Ga-0.1の場合。 D の違い Li + Gaドープサンプルと元のサンプルの間の量は1桁であり、Gaドーピングがイオン伝導度を高めるための優れた方法であることを示しています。 Li + の最小の電荷移動インピーダンスと最大の拡散係数 Ga-0.06を使用すると、すべてのサンプルと比較して、優れたサイクリングおよびレート特性が得られました。 D の増加 Li + Li x の減少に起因する可能性があります Ni 1-x O不純物相。これらの結果は、適切なGaドーピング含有量が、LNMOの導電率を改善するだけでなく、Li + の拡散係数を高めることができることを示しています。 。

結論

LiNi 0.5-x を合成するために、ゾルゲル法が利用されました。 Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル。すべてのサンプルは無秩序なFd3m構造を持ち、微細なスピネル八面体結晶を持っています。 GaドーピングはLi x の形成を抑制しました Ni 1-x O二次相および陽イオン障害の程度を増加させた。卓越した性能は、導電率の向上、電気化学的分極の低減、およびGaドーピングによるパッシベーション層に起因するはずです。これは、高速および高温でより顕著になります。さらに、Gaの含有量が最適なGa-0.06サンプルは、他のサンプルと比較して優れた電気化学的性能を示します。 Ga-0.06サンプルの1Cおよび55°Cでの容量保持は、50サイクル後の初期容量(121.5 mAh / g)の98.4%でしたが、Ga-0サンプルは113mAhgの放電容量を提供しました - 1 同じテスト条件下で50サイクル目で74%の容量保持率で、急激に減衰しました。私たちの仕事は、高温でのリチウムイオン電池のカソード材料のサイクル安定性を改善するための有望な概念を提供します。

メソッド

材料合成

LiNi 0.5-x Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)はゾルゲル法により合成されました。原材料は次のとおりです。CH 3 COOLi・2H 2 O(99.9%、アラジン)、Mn(CH 3 COO) 2 ・4H 2 O(98%、天津ダマオ)、Ni(CH 3 COO) 2 ・4H 2 O(99.9%、アラジン)、Ga(NO 3 3 ・xH 2 O(99.9%、アラジン)、クエン酸(99.5%、アラジン)、および水酸化アンモニウム(25%、天津ダマオ)。合成手順を以下に示します。まず、CH 3 の特定の化学量論比 COOLi・2H 2 O、Mn(CH 3 COO) 2 ・4H 2 O、Ni(CH 3 COO) 2 ・4H 2 O、およびGa(NO 3 3 ・xH 2 Oは、室温で激しく攪拌しながら、一定品質の蒸留水に溶解しました。 5%以上CH 3 COOLi・2H 2 リチウム塩の損失を補うためにOが追加されました。次に、80°Cで攪拌しながら、ウォーターバスで上記の溶液に一定量のクエン酸を添加しました。第三に、水酸化アンモニウムを使用して混合物のpHを7に調整し、ゲルが得られるまで攪拌を続けた。最後に、得られたゲルを真空オーブン内で110°Cで10時間乾燥させました。乾燥した前駆体を650°Cで5時間前焼成し、粉末に粉砕し、さらにマッフル炉で850°Cで16時間焼成しました。便宜上、Ga-0、Ga-0.04、Ga-0.06、Ga-0.08、Ga-0.1としてそれぞれ示されているように、室温まで冷却した後、異なるGaドーピング含有量のサンプルが得られました。

材料の特性評価

X線回折(XRD、CuKα、36 kV、20 mA)をRigaku D / max-PC2200システムで使用して、4°/分で10〜80°の範囲でサンプルの構造を評価しました。フーリエ変換赤外スペクトル(FT-IR)は、Nicoletis6700装置で測定しました。走査型電子顕微鏡(SEM、JEOL JMS-6700F)を使用して、複合材料の形態を記録しました。元素組成は、SEMとともにエネルギー分散型分光分析(EDS)を使用して分析されました。

電気化学的測定

サンプルの電気化学的性能は、CR2032コイン電池によって評価されました。作用電極を準備するには、90 wt%LiNi 0.5-x Ga x Mn 1.5 O 4 x =0、0.04、0.06、0.08、0.1)サンプル、5 wt%のスーパーP導電剤、および5 wt%のフッ化ポリプロピレン(PVDF)バインダーを N に溶解しました。 -均一なスラリーを形成するためのメチル-2-ピロリドン(NMP)。得られたスラリーをアルミホイルに流し込み、85℃で一晩真空乾燥した。次に、ホイルをプレスして直径14mmのディスクにカットしました。対極と参照電極としてリチウム箔を備えたCR2032コイン電池を使用して、材料の電気化学的性能を評価し、水分含有量と酸素レベルの両方が0.1ppm未満に保たれたアルゴン充填グローブボックスで組み立てました。ここで、高耐電圧の電解液は1 M LiPF 6 でした。 エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、およびエチレンメチルカーボネート(EMC)混合物(EC:PC:EMC =1:2:7、 v v v )。定電流充放電測定は、LANDバッテリーテストシステムによって、25°Cおよび55°Cで3.5〜4.95Vの電圧で実行されました。電気化学インピーダンス分光法(EIS)テストは、CHI600A電気化学ワークステーションで実行されました。周波数範囲0.01Hz〜100 kHz、摂動5mVのEIS分光法を実施しました。

略語

A:

電極の表面積

C Li +

リチウムイオン含有量

CPE:

定相

CV:

サイクリックボルタンメトリー

D Li +

Li + の拡散係数

EC / PC / EMC:

エチレンカーボネート/プロピレンカーボネート/エチレンメチルカーボネート

EDS:

エネルギー分散型分光分析

EIS:

電気化学的インピーダンス分光法

F:

ファラデー定数

FT-IR:

フーリエ変換分光光度計

Ga-0.04:

LiNi 0.46 Ga 0.04 Mn 1.5 O 4

Ga-0.06:

LiNi 0.44 Ga 0.06 Mn 1.5 O 4

Ga-0.08:

LiNi 0.42 Ga 0.08 Mn 1.5 O 4

Ga-0.1:

LiNi 0.4 Ga 0.1 Mn 1.5 O 4

I 311

(311)回折ピークの強度

I 400

(400)回折ピークの強度

I 588

強度588cm -1 バンド

I 621

621 cm -1 の強度 バンド

LNMO / Ga-0:

LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4

n

分子あたりの電子数

NMP:

N -メチル-2-ピロリドン

PVDF:

ポリフッ化ビニリデン

R:

ガス定数

R ct

電荷移動抵抗

R e

耐溶液性

SEM:

走査型電子顕微鏡

T:

温度

W

ウォーバーグインピーダンス

XRD:

X線回折

σ:

ウォーバーグファクター


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