成果简介
富锂层状氧化物 (LLO) 由于其输送容量超过250mA hg –1被认为是具有更高能量密度的锂离子电池 (LIB) 最具吸引力的阴极。然而，LLO中不稳定的循环性能、较差的倍率能力和大的电压衰减阻碍了它们的商业应用。本文，华南师范大学Min Chen等研究人员在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“N-Doped Graphene-Modified Li-Rich Layered Li1.2Mn0.6Ni0.2O2 Cathode for High-Performance Li-Ion Batteries”的论文，研究构建了一个高导电电极，其中Li1.2Mn0.6Ni0.2O2 (LMN) 包裹在N掺杂的石墨烯碳矩阵（LMN-NG）来解决快速容量衰减并抑制电压衰减。
LMN-NG电极在0.2C时可提供286.4 mA hg –1的容量，并在200次循环后保持 86% 的容量保持率，远高于268 mA hg –1的 LMN对照电极和75%。理论计算和微分电化学质谱（DEMS）分析研究表明，NG中的官能团可以有效地捕获活性氧物质并减轻连续的电解质分解，从而保护LLO。透射电子显微镜和拉曼光谱结果表明，LMN-NG 电极在长期循环后保持更好的层状结构稳定性，并且与LMN电极的40%相比，18%的尖晶石状无序相较少。LMN-NG优异的电化学性能表明，将 LLO包裹在NG中具有在LIB中的潜在应用。
图文导读
图1. (a) LMN纳米颗粒、(b) NG片和 (c) LMN-NG的SEM图像。(d) 白色矩形区域的放大SEM图像。(e) LMN-NG的TEM图像。(f) LMN的HRTEM 图像。插图是相应的FFT图像。(g) LMN-NG和LMN的XRD图案和 (h) 拉曼光谱。
图2. LMN和LMN-NG的XPS光谱
图3. (a) LMN 和 LMN-NG 的初始充放电曲线和 (b) 对应的d Q /d V曲线；(c) LMN-NG 和 LMN在0.2C时的循环性能和相应的库仑效率；(d) LMN-NG和LMN的放电电压；(e) LMN-NG和LMN的速率能力；(f) LMN-NG和LMN在2C下的循环稳定性。
图4. LMN-NG 和 LMN 在初始充电过程中不同充电状态下的奈奎斯特图
图5. (a,b) LMN 和 (d,e) LMN-NG 电极在 0.2 C下循环200次后的 HRTEM 图像以及 (c) LMN 和 (f) LMN-NG的相应 FFT图像。(g) LMN 和 (h) LMN-NG 循环后的拉曼光谱。
小结
总之，合成了一种 LMN-NG 阴极材料，其中 LMN 纳米粒子被高度导电的 NG 包裹得很好。本工作表明，NG 的功能通过改善电荷转移反应动力学和抑制氧气释放来稳定 LLO 的循环性能。由NG片均匀分布和包裹的LMN纳米颗粒在低成本和高能量密度LIB中具有巨大的应用潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acsaem.1c03936
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