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解决方案 | XH-8000 plus 通过MOF辅助处理的表面改性,增强富锂层状氧化物Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2的电化学性能

发布时间:
2021/08/16 10:33
浏览量:
通过MOF辅助处理的表面改性,增强富锂层状氧化物Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2的电化学性能
 

 

 

 

简介
 

富含锂的层状氧化物(LLO),无论是作为固体溶液还是作为层状Li2MnO3和Li(M)O2(M=Mn、Ni、Co)的纳米复合材料,作为锂离子电池正极材料的最有希望的候选材料之一,已经引起了广泛的关注。它们具有超过800Wh g-1的高能量密度,并且成本低、毒性小(由少量的Co和Ni组成)[1-4]。

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然而,为了获得高的比容量,富锂层状氧化物的电位必须被充电到4.5V的平台,这诱发了Li+作为Li2O的部分提取。此外,在充电/放电过程中,表面微观结构的持续分层到尖晶石的转变导致了低速率能力和LLO的容量衰减[5-7]。

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速率能力低,第一个循环的库仑效率差,以及循环稳定性低,阻碍了LLO的商业应用。已经证实,表面涂层可以极大地改善LLO的循环的稳定性。例如,涂在LLO上的Al2O3、SiO2和TiO2薄层可以保护LLO的表面不受电解液的腐蚀,并在高电位下抑制LLO的副反应和减速氧的释放[8,9]。尽管这些涂层可以有效地提高LLO的循环性能,但它们在提高速率性能和库仑效率方面的贡献通常有限。 此外,在原位溶剂蒸发法中,整个颗粒上的金属氧化物的均匀涂层是困难的[10]。因此,探索新的表面涂层方法来进一步提高LLO的性能是非常可取的。金属有机框架(MOFs)是一类具有高表面积和丰富的Li+扩散通道的材料,是在电化学应用中具有重要性能的功能性混合材料的有前途的预示[8]。在此,我们报告了一种新的和有效的LLO表面改性,使用Zr基MOF(UIO-66-F4)前驱体,在原位生产MOF衍生的ZrO2(MDZ)涂层。TFBDC(2,3,5,6-四氟-1,4-苯二甲酸)是一种强有机酸,具有四个极强的电子撤回F取代基。它的强酸性特征诱导富含锂的层状氧化物颗粒表面的H+-Li+离子交换(质子化),这有利于在LLO微球上形成明显的多孔结构[11]。此外,TFBDC通常倾向于在碱金属氧化物附近聚集。LLO,从而形成Zr-TFBDC的均匀涂层。通过简单的热处理,ZrO2可以很容易地在LLO的表面产生;这种均匀的涂层可以保护LLO不与电解质直接接触,并且不妨碍Li+的传输。同时,通过简单的一步式MOF-as-sisted改性,成功地将F掺入LLO颗粒中。在这项研究中,MOF衍生的ZrO2包覆的LLO(MDZ@LLO)的电化学性能,如速率能力、循环能力和LLO的第一库仑效率得到了明显改善。

 

 结论

我们报告了一种新型的、有效的LLO表面改性方法,使用一种基于Zr的MOF前驱体来生产原位MOF衍生的二氧化锆涂层。Zr基MOF前体,生产原位MOF衍生的ZrO2涂层。TFBDC的强酸性特征诱导了H+-Li+交换。在富含锂的层状氧化物颗粒的表面进行H+-Li+交换,从而促进了Zr-TFBDC的均匀涂覆。这有利于Zr-TFBDC的均匀涂层,并在LLO微球上形成明显的多孔结构LLO微球。ZrO2很容易在LLO的表面形成,F被成功地掺入LLO颗粒中。通过简单的一步式MOF辅助改性,成功地将F掺入到LLO颗粒中。在这项研究中,电化学性能,如速率能力、循环能力和LLO的首次库仑效应。在MOF衍生的ZrO2包覆的LLO(MDZ@LLO)中的电化学性能得到了明显的改善和显著提高。