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3C产业的快速发展,以及电动汽车行业的迅速崛起,对储能电池提出了越来越高的要求,钴酸锂材料退出历史舞台已经成为板上钉钉的必然事件。在大家期待的目光中层状富锂材料应运而生,富锂材料是一种具有层状结构的复合材料,其结构为(1-x)Li2MnO3˙x(LiMO2)(M=Ni1-y-xMnyCox),其比容量达到了逆天的250mAh/g以上,这主要是得益于其中过量的锂离子,以及富锂材料中所包含的两种晶系,稳定的Li2MnO3单斜晶系和LiMO2六方晶系。
当然除了高能量的诱惑,还有现实的骨感。在富锂材料华丽的外表下,隐藏着高不可逆容量、电压衰降快、以及低劣的倍率性能等,这些都是挡在富锂材料推广应用的路上的大山。但是Li2MO3富锂材料独特的固溶体结构为材料的改造提供了无限的可能性,通过元素掺杂等手段可以将富锂材料改造为单斜结构C2/m(M=Mn,Sn),C2/c(M=Ti,Ru,Zr)和六方晶系结构R3m(M=Mo)。
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通过在Li2MO3富锂材料的M4+层中掺入变价或者非变价金属,可以有效的提高富锂层状材料的电子导电性、放电容量和循环性能等。例如,通过在Li2RuO3中掺入变价金属Mn元素,获得的固溶体材料的可逆容量达到了230mAh/g以上,并具有良好的循环性能。通过变价金属的掺杂,能够提高材料的脱锂和嵌锂的动力学特征,从而得到更高的可逆容量。
PaulrajArunkumar等通过Co3+元素掺杂的方式,提升了层状富锂材料的可逆容量和循环性能。该材料通过固相法合成,分子式为Li2+xRu1-xCoxO3,X射线衍射显示,材料为单斜晶系单相,空间群为C2/c,其中LiO6八面体被6个LiRu6八面体所包围,从而形成了在过渡金属层形成了一个六方密堆结构。
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延伸阅读:NCA正极材料是个什么鬼?
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