充放电过程中Li_2MnO_3正极材料表面SEI的形成和变化过程研究
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- 英文论文题名：Study on compositions and changes of SEI film of Li_2MnO_3 positive material during the cycles
- 论文作者：汤卫平 ; 程蒙 ; 贾荻 ; 朱蕾 ; 朱孔军
- 英文论文作者：Weiping Tang ; Meng Cheng ; Di Jia ; Lei Zhu ; Kongjun Zhu ; Shanghai Institute of Space Power-Sources ; Institut of Chemistry ; Chinese Academy of Sciences
- 年：2016
- 作者机构：上海空间电源研究所空间电源技术国家重点实验室;南京航天航空大学;
- 论文关键词：Li_2MnO_3 ; SEI膜 ; 富锂三元正极材料
- 会议召开时间：2016-07-01
- 会议录名称：中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会：化学电源
- 语种：中文
- 分类号：TM912;TQ131.11
- 学会代码：ZGHY
- 会议名称：中国化学会第30届学术年会-第三十分会 ; 化学电源
- 会议地点：中国辽宁大连
- 主办单位：中国化学会
- 学会名称：中国化学会
- 页数：1
- 文件大小：169k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
在用于锂离子电池的金属氧化物系列正极材料中,富锂锰基正极材料具有超过250mAh/g的高比容量而引起了研究界的极大关注。富锂三元正极材料可以写为(1-z)Li[Li_(1/3)Mn_(2/3)]O_2-(z)Li[Mn_(0.5-y)Ni_(0.5-y)Co_(2y)]O_2,是由Li_2MnO_3和Li[Mn_(0.5-y)Ni_(0.5-y)Co_(2y)]O_2按不同比例形成的固溶体。组分中的Li_2MnO_3既是引发高比容量的主要因素,也是引起其电化学性能衰减的主要原因。在这里,我们讨论充放电过程中Li_2MnO_3表面SEI膜的生成和变化过程,由此理解Li_2MnO_3以及富锂三元正极材料电池性能的劣化原因。Li_2MnO_3纳米单晶使用水热方法合成,具体合成方法参考文献[1,2]。Li_2MnO_3纳米单晶的电化学性能随着充放电过程的进行发生明显的劣化,主要表现为放电容量的衰减和放电电压平台的下降,其变化趋势同富锂三元相似。用XPS、FT-IR等研究了在充放电过程中Li_2MnO_3纳米单晶表面SEI膜生成过程以及在电解液中的静态变化过程。结果表明,初始在Li_2MnO_3纳米单晶表面形成的SEI膜约含有20at%的LiF,这个含量随着充放电过程的进行发生变化,这种变化可能起因于LiF的溶解和Li_xPO_yF_z的累积。生成的表面膜在静态存放过程中也会发生组成变化。对循环过程中的表面SEI表面膜组成变化研究表明,即使在50周的充放电循环过程中,依然会发生类似的组成变化。Li_2MnO_3纳米单晶表面形成的不稳定SEI膜增加了充放电过程中的电池阻抗。同时,由于形成的表面SEI膜是不稳定的,在表面发生连续的溶解、再堆积等反应,所以不能阻止正极材料表面同电解液发生副反应。Li_2MnO_3表面SEI膜的不稳定性或许是造成充放电过程中其电化学性能劣化的重要原因之一。
In this article,we investigated the surface series of Li_2MnO_3 electrodes and the composition variation of the SEI film.XPS and FT-IR analysis indicated the compositions of a primary SEI film,containing about 20 at.%LiF,varied upon cycling including the dissolution of LiF and the accumulation of Li_xPO_yF_z and organic species,accompanied by surface corrosion.Whereas organic species showed minor change by the static corrosion.The unstable passive film caused high impedance and could not restrain the electrolyte corrosion in both dynamic and static process.
In this article,we investigated the surface series of Li_2MnO_3 electrodes and the composition variation of the SEI film.XPS and FT-IR analysis indicated the compositions of a primary SEI film,containing about 20 at.%LiF,varied upon cycling including the dissolution of LiF and the accumulation of Li_xPO_yF_z and organic species,accompanied by surface corrosion.Whereas organic species showed minor change by the static corrosion.The unstable passive film caused high impedance and could not restrain the electrolyte corrosion in both dynamic and static process.
引文
[1]M.Cheng,W.Tang,Y.Sun,K.Zhu,RSC.ADV,2015,5,71088.
[2]M.Cheng,W.Tang,Y.Li,K.Zhu,Catalysis Today,in press.
[2]M.Cheng,W.Tang,Y.Li,K.Zhu,Catalysis Today,in press.