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电化学实验发现,没有掺Co的Li2RuO3材料,在充电的过程中出现了两个电压平台,其中一个出现在大约3.6V附近,这个电压平台对应的是Ru4+/5+氧化还原反应,而在4.1-4.3V附近的电压平台,对应的为氧离子的氧化过程(O2-→O22-)。而通过掺杂Co元素的方法,可以明显的减少充电平台,使得充电曲线变得更见平滑,这主要得益于Co3+/Co4+氧化还原反应对应的电压平台在3.8V左右,在Li2RuO3材料原本的两个平台之间形成了一个过渡电压平台,使得充电曲线变得更加平滑。当X=0.1的时候,即材料的分子式为LixRu0.9Co0.1O3时,材料的首次放电容量达到300mAh/g以上,在循环超过五十次后容量仍然可以达到250mAh/g以上,优于纯的Li2RuO3材料,也优于Co的含量为0.2和0.5的材料,因此Co掺杂量控制在0.1左右比较合适。
图片来源见参考文献
在1C的倍率下进行循环测试,可以发现Co掺杂量为0.1的时候,材料的容量最高,达到了225mAh/g,这要高于纯的Li2RuO3材料(195mAh/g),继续增加Co的含量反而会导致材料的容量下降,但是Co元素的引入显著的改善了材料的循环性能。同时Co元素的添加对材料的倍率性能也有提升,掺入0.1Co的材料,在1C倍率下容量要显著高于纯Li2RuO3材料。交流阻抗数据也显示,Co的掺杂显著降低了电池的阻抗,这主要是得益于Co的掺杂提高了材料的导电性,并降低了锂离子的扩散阻抗。
元素掺杂能够稳定富锂材料的结构,可以显著的改善富锂材料的循环性能,并改善材料的导电性,并降低电池的阻抗,掺杂与表面包覆相结合可以有效的提高富锂材料在电解液中的稳定性,并提高材料的循环寿命!
延伸阅读:NCA正极材料是个什么鬼?
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