1. Achtergrond
Lithium-metaalbatterijen worden beschouwd als een ideale kandidaat voor batterijen van de volgende-generatie vanwege hun hoge energiedichtheid. Op lithium-rijke mangaan-gebaseerde oxidekathodematerialen bieden uitzonderlijk hoge theoretische capaciteit en energiedichtheid, maar verschillende uitdagingen belemmeren de commerciële toepassing ervan. Deze omvatten: onomkeerbare intercalatie en de-intercalatie van lithiumionen tijdens de eerste cyclus, resulterend in een hoge onomkeerbare capaciteit; ongewenste nevenreacties en onomkeerbare structurele veranderingen, resulterend in capaciteitsverlies; beperkte kinetiek en geleidbaarheid van de actieve materialen, resulterend in slechte snelheidsprestaties; en aanhoudende spanningsvertraging tijdens het fietsen. Om deze problemen aan te pakken hebben onderzoekers methoden ontwikkeld zoals elementdoping, oppervlaktecoating en structurele modificatie om de elektrochemische prestaties van op lithium-rijke mangaan-gebaseerde kathodematerialen te verbeteren. Dit artikel onderzoekt een nieuw kathodemateriaal op basis van lithium-rijk mangaan-, LRMZF, dat gebruik maakt van een kation- en anion-co-dopingstrategie om de prestaties ervan te verbeteren.
2. Experimentele details
Dit artikel maakte gebruik van een sol-gel-methode om het LRMZF-kathodemateriaal te bereiden:
1. Bereiding van de precursoroplossing: Lithiumnitraat (LiNO3), nikkelnitraat (Ni(NO3)2·6H2O), kobaltnitraat (Co(NO3)2·6H2O), mangaannitraat (Mn(NO3)2·4H2O) en zirkoniumnitraat (Zr(NO3)4·5H2O) werden in een specifieke verhouding opgelost in gedeïoniseerd water om een metaalnitraatoplossing te vormen. De waterstoffluoride (HF)-oplossing werd langzaam druppelsgewijs aan de metaalnitraatoplossing toegevoegd, terwijl de pH werd gecontroleerd om een sol te vormen. De sol werd bij hoge temperatuur met hitte-behandeld om een gel te vormen.
2. Materiaalcalcinatie: De gel werd bij hoge temperatuur in een moffeloven gecalcineerd om het LRMZF-kathodemateriaal te verkrijgen.
3. Wassen en drogen van materiaal: Het gecalcineerde materiaal werd gewassen met gedeïoniseerd water en ethanol om onzuiverheden te verwijderen. Het gewassen materiaal werd in een droogoven gedroogd om het uiteindelijke LRMZF-kathodemateriaal te verkrijgen.