姚智豪,沈曉彥,徐 嘉,胡丹丹,張世明,高明霞,劉永鋒,潘洪革

(1.浙江大學 材料科學與工程學院,浙江 杭州 310027;2.江蘇海四達電源股份有限公司,江蘇 啟東 226200)

1 引 言

鋰離子電池具有高的比能量和工作電壓、無記憶效應、自放電低等優(yōu)點,在小型電子產(chǎn)品、電動工具、醫(yī)療器械、電動汽車及風能和太陽能的儲存等領域都有廣泛的應用。隨著鋰離子電池越來越大的市場需求,對其性能的要求也越來越高。隨新能源汽車的快速發(fā)展,現(xiàn)階段鋰離子電池的能量密度已無法滿足要求。電極材料的性能是影響鋰離子電池性能的關鍵。目前商業(yè)化程度較高正極材料有LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiNi1-x-yCoxMnyO2三元材料(0x,y＜1,0x+y＜1,比較典型的是LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)和基于它們的改性材料[1-3],但這些材料還存在容量偏低等問題,直接影響到電池的容量和能量密度。近年來,層狀富鋰錳正極材料xLi2Mn O3·(1-x)Li MO2(M 為Ni、Mn、Co,0x＜1,其中具有代表性的如x=0.5),由于其高的容量(>250 m Ah/g)和能量密度(>1000 Wh/Kg),受到廣泛重視[4-5]。此外,其成本低,制備方法相對簡單,在空氣條件下就可制備,被認為是極具潛力的下一代高能量密度鋰離子電池正極材料[1,6-9]。富鋰錳基層狀氧化物正極材料由三元材料結(jié)合高容量的Li2Mn O3相發(fā)展而來,在2005 年由Trackeray等首次提出[10]。其主要包含了具有單斜結(jié)構(gòu)的Li2Mn O3(C/2m)和具有六方結(jié)構(gòu)的LiMO2(R-3m)兩種組分,兩組分都有巖石類型結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)上具有相似性,它們能在原子水平上實現(xiàn)結(jié)構(gòu)兼容。但目前對這兩種組分的存在形式還存在不同的認識,如有學者認為這兩者以固溶體形式存在[11-12],也有學者認為Li2Mn O3和LiMO2兩相組成復合材料[13-14]。其中Li2Mn O3中Li在首次充電的活化過程中以Li2O 的形式脫出,析出氧氣,并發(fā)生向Li Mn O2結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變[15]。該轉(zhuǎn)變很大程度的不可逆性造成了材料的首次不可逆容量大,首次庫倫效率低。同時,富鋰錳正極材料在循環(huán)過程中存在氧化還原反應,當氧和鋰從富鋰材料中脫出后,會導致過渡金屬向鋰空位遷移,使材料不斷產(chǎn)生從層狀結(jié)構(gòu)到尖晶石結(jié)構(gòu)的相變,導致容量和電壓衰減[16-17]。此外,過渡金屬元素在循環(huán)過程中向電解液溶解,使得有效活性物質(zhì)減少,材料結(jié)構(gòu)改變,也導致循環(huán)穩(wěn)定性下降。另外,富鋰錳正極材料電子電導率低,導致其倍率性能差。這些問題均妨礙了富鋰錳正極材料的商業(yè)化應用[18-21]。

目前,常用的提高富鋰錳正極材料電化學性能的改性方法主要有表面包覆、元素摻雜和成分優(yōu)化調(diào)控等。如表面包覆Al2O3[22]、Li4Mn5O12[23]、Er2O3[24]、Li2Sn O3[25]和碳材料[26]等。不同的表面包覆材料在減緩富鋰錳材料中過渡金屬溶解,增加鋰離子的利用率,提高材料晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和提高材料的電子電導率方面起到不同程度的作用,從而提高材料的首次庫倫效率、循環(huán)性能和倍率性能及減緩放電電壓的衰減[27-28]。通過陽離子、陰離子或功能團的摻雜能改變富鋰錳材料中金屬和氧的結(jié)合能,改變晶格中鋰擴散通道的間距,抑制過渡金屬的遷移,或通過產(chǎn)生陰陽離子空位和間隙提高材料的電子電導率,從而提高材料的電化學性能。如摻雜Ru4+[29]、Zr4+[30]、Mg2+[31]等元素可以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,抑制過渡金屬的遷移以及通過較強的TM(過渡金屬)-O 鍵抑制氧氣的釋放。陰離子PO[32]、BO和BO的共摻雜[33]均被報道有良好的改善富鋰錳材料電壓衰減的作用。改變富鋰錳材料的成分,尤其是過渡金屬的成分,也可實現(xiàn)材料電化學性能的調(diào)控。如由于Ni4+/Ni2+的還原電勢高于Co4+/Co3+和Mn4+/Mn3+,增加富鋰錳中Ni元素的含量能提高材料的工作電壓,同時由于Ni2+和Li+具有相似的離子半徑,Ni2+會占據(jù)Li+的位置,從而抑制循環(huán)過程中材料從層狀結(jié)構(gòu)向尖晶石結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,抑制電壓衰減和容量衰減[7]。但Ni元素的增加會降低富鋰錳材料的放電容量[34],Co含量的增加會減少Li2Mn O3相含量。此外,由于Co3+/Co4+的不穩(wěn)定性,會使得富鋰錳材料的放電容量減少,并且會導致其循環(huán)過程中較快的容量/電壓衰減[35]。但是,Co含量的增加能夠提升富鋰錳材料的低溫性能和高倍率性能[36]。

在廣大研究人員的努力下,富鋰錳材料的綜合性能得到不斷提高,但仍然沒有滿足使用要求,對其結(jié)構(gòu)和充放電機理及影響其性能的關鍵因數(shù)的認識仍未一致。進一步研究開發(fā)簡單高效的方法制備高性能的富鋰錳正極材料及揭示其性能提高機理對于推進富鋰錳正極材料的商業(yè)化應用具有重要意義。本研究通過簡單高效的噴霧干燥法結(jié)合固態(tài)煅燒,合成了一系列具有不同Mn 含量的Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54+xO2(x=0-0.15)富鋰錳正極材料,研究了不同Mn含量對于其結(jié)構(gòu)以及電化學性能的影響及影響機理,發(fā)現(xiàn)通過在材料制備過程中增加含Mn 原材料提高了材料中Mn的含量,可在合成的富鋰錳材料中原位引入一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高的Li4Mn5O12尖晶石相,有效提高了材料的首次庫倫效率和循環(huán)性能。

2 實驗材料與方法

2.1 富鋰錳正極材料制備及其結(jié)構(gòu)形貌表征

采用噴霧干燥法制備富鋰錳材料的前驅(qū)體。材料成分設計是在典型的富鋰錳材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2(0.5Li2Mn O3·0.5LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)的基礎上,Mn含量分別過量3%、5%、10%和15%摩爾分數(shù)。采用Li、Ni、Co和Mn的醋酸鹽作為原材料,將其按上述化學計量比(摩爾比)加入到去離子水中,形成濃度為0.4 mol·L-1的溶液。加入濃度為0.4 mol·L-1的檸檬酸作為絡合劑,以防止金屬鹽發(fā)生水解形成氫氧化物沉淀。將溶液在80 ℃水浴條件下,機械攪拌均勻。對反應液進行噴霧干燥得到前驅(qū)體,進出口溫度分別為200和100 ℃。將前驅(qū)體在馬弗爐中,空氣氣氛900 ℃熱處理10 h,隨爐冷卻,得到正極材料。

采用X 射線衍射(XRD,MiniFlex600,Rigaku)對制備的正極材料進行物相分析,以Cu的Kα為輻射源,電壓為40 k V,電流為250 m A,掃描速率為1(°)·min-1,步 長0.01°。采 用 掃 描 電 鏡(SEM,Hitachi-4800)觀測材料形貌。

2.2 電池組裝和電化學性能測試

將所制得的富鋰錳正極材料與導電劑Super P按質(zhì)量比8∶1在乙醇球磨介質(zhì)中進行球磨混合均勻。球料比為100∶1,在400 r·min-1轉(zhuǎn)速下球磨6 h,烘干混合物。將該混合物與粘結(jié)劑羧甲基纖維素鈉(CMC)按95∶5的重量比例混合均勻,用刮刀均勻涂于鋁箔集流體上,每極片上活性物質(zhì)的含量約為2.8 mg·cm-2。在120 ℃真空下烘干(24 h),再在6 MPa的壓力下壓實,裁剪成電極極片。

采用2025扣式電池對正極材料的電化學性能進行測試分析(新威電化學測試系統(tǒng),Neware BTSCT4008)。組裝在充滿Ar的手套箱(水、氧含量均小于0.0001‰)中進行。以金屬鋰片為參比電極和對電極,采用Celgard-2400隔膜,電解液為1 M LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二乙酯(DEC)∶碳酸甲乙酯(EMC)(1∶1∶1,v/v/v)。采用恒流充放電方式對電池的電化學容量、循環(huán)性能、倍率性能進行表征。測試電壓范圍為2.0～4.8 V(對Li+/Li電位),電流范圍為20～200 m A·g-1,測試溫度為(29±1)℃。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 不同Mn含量富鋰錳材料的晶體結(jié)構(gòu)和形貌

從圖1a可見,不同Mn含量的正極材料的主相均為六方結(jié)構(gòu)的LiMO2(M=Ni、Co、Mn)(R-3m)(PDF#85-1966)和單斜結(jié)構(gòu)的Li2Mn O3(C/2m)(PDF#84-1634)的復合結(jié)構(gòu),其中2θ=20～25°衍射峰(圖1c)為Li2Mn O3相的特征峰,為其結(jié)構(gòu)中TM 層中的LiTM2有序排列的超結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生[37]。圖中“R”和“M”分別代表Li MO2相和Li2Mn O3相。從圖1b～d可見,隨材料中Mn過量達到5 mol%,體系中出現(xiàn)較明顯的新衍射峰,對應于Li4Mn5O12尖晶石相,并隨Mn過量的增加,該相衍射峰的相對強度增加,即其含量增加。從圖1e 還可見,在過量3 mol% Mn 后,Li2Mn O3相的(020)和(110)晶面的衍射峰變得尖銳和明顯,說明Mn含量增加使Li2Mn O3具有更完整的晶體結(jié)構(gòu)。從圖2 可見,基礎富鋰錳材料的顆粒尺寸較均勻,約為200 nm。隨著Mn含量增加,顆粒尺寸變得不均一,出現(xiàn)大尺寸的規(guī)則立方體顆粒,且隨Mn含量的增加,大顆粒尺寸相的含量增加,顆粒尺寸也進一步增大,也說明尖晶石相的形成和其含量的增多。

圖1 (a)過量不同摩爾分數(shù)Mn量的富鋰錳正極材料的XRD圖譜;(b)～(e)不同掃描區(qū)域的放大圖Fig.1 (a)XRD patterns of the Li/Mn-rich cathode materials with different excessive mol% Mn;(b)-(e)the amplification of the patterns at different 2θranges

圖2 Li1.2 Ni0.13 Co0.13 Mn0.54 O2(a)和分別過量5 mol%(b)、10 mol%(c)、15 mol% (d)Mn的富鋰錳正極材料的SEM 形貌照片F(xiàn)ig.2 SEM images of Li1.2 Ni0.13 Co0.13 Mn0.54 O2(a)and those with excessive Mn mol%of 5(b),10(c),15(d)

3.2 不同Mn含量富鋰錳材料的電化學性能

各材料的首次充放電容量和首次庫倫效率見表1。從圖3和表1可見,在20 m A·g-1下,Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2材料的首次放電容量為289 m Ah·g-1,隨材料中Mn含量的增加,伴隨著Li4Mn5O12含量的增加,材料的首次放電容量下降,從Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的289 m Ah·g-1,下降到Mn 過量15 mol%時的206 m Ah·g-1,但材料的庫倫效率不斷增加,從基礎成分材料的82.1%相應增加到90.0%。圖3(a)顯示不同Mn含量的材料均出現(xiàn)較明顯的三個不同特征的充電平臺區(qū)域。第一個區(qū)域為一個陡升平臺,不同Mn含量的材料均從約2.7 V 開始,但Mn含量越高,終止電位越高,在3.7～3.9 V 范圍,伴有少量的容量產(chǎn)生,該過程主要為Li4Mn5O12的首次脫鋰過程。隨Mn含量的增加,由于Li4Mn5O12含量增加,該過程也變得越明顯,產(chǎn)生的容量也略多。文獻[38]也報道了Li4Mn5O12在約2.6～3.7 V 范圍的氧化脫鋰過程。隨后為第二個區(qū)域,平臺上升較快,對應于常規(guī)成分富鋰錳材料中Ni2+/Ni3+/Ni4+和Co3+/Co4+的氧化,基本在4.4～4.5 V 結(jié)束,其中,Mn含量越高,其結(jié)束的平臺電壓也略高,這個過程也產(chǎn)生了較多的容量。再隨后,出現(xiàn)較平緩的較長的放電平臺,對應于Li2O 及氧氣從Li2Mn O3中的析出,提供了充電容量中的主要部分,但材料中Mn含量增加,該區(qū)域產(chǎn)生的容量也略低。此外,文獻[39]報道了Li4Mn5O12在高于4.5 V的電位下,也會進一步脫鋰,因而高電位區(qū)平臺可能包含該尖晶石相的脫鋰過程。此外,兩個主要充鋰平臺電位隨材料中Mn含量的增加而增加也說明了材料極化的增大。從圖3b 可以明顯看到,對于過量15 mol%的材料,在約3 V 的對鋰電位處存在一個微小的氧化峰,而Mn含量相對較低的材料中無該氧化峰或該氧化峰很弱,基本不能發(fā)現(xiàn),這也說明了高Mn含量材料中Li4Mn5O12相的生成。此外,隨Mn含量增加,氧化峰峰位向高電位偏移,與圖3a充電平臺向高電位偏移相應。且對于 Mn 含量較高的材料(過量10～15 mol%)Li2Mn O3相的脫鋰峰寬化,強度減弱,其活化性能降低。此外在接近充電截止電位(4.8 V)處,過量10和15 mol% Mn的正極材料中還出現(xiàn)了一個新的不同于常規(guī)富鋰錳材料的氧化峰,其為Li4Mn5O12相在高電位處脫鋰峰[39]。

表1 相對于Li1.2 Ni0.13 Co0.13 Mn0.54 O2 過量不同摩爾分數(shù)Mn量的富鋰錳正極材料的電化學性能Table 1 Electrochemical properties of the Li/Mn-rich cathode materials with different excessive mol% Mn with respect to LiNi0.13 Co0.13 Mn0.54 O2

在首次放電過程,從圖3a可見,除了常規(guī)成分富鋰錳材料的Ni4+/Ni3+/Ni2+和Co4+/Co3+的還原反應的放電平臺,對于Mn過量大于5 mol%的材料,在約2.6 V 的電位處,存在一個較短的平臺,該平臺對應于Mn3+離子的還原形成Li4Mn5O12尖晶石相。文獻[38]中也報道了Li4Mn5O12相在該電位處的放電平臺。從圖3b也可見在約2.6 V 處的微小還原峰,即對應于上述放電平臺。此外,在約4.5V 的高電位處,高Mn含量材料的還原過程曲線上可看到一個微弱的還原峰,對應于Li4Mn5O12尖晶石相在高電位時的還原反應。

圖4 為不同Mn 含量的富鋰錳正極材料在200 m A·g-1電流密度下的循環(huán)性能曲線和循環(huán)過程中的放電中點電壓曲線。在200 m A·g-1電流密度循環(huán)前,先對電池在20 m A·g-1的電流密度下循環(huán)一次。各材料在200 m A·g-1電流密度的首次和經(jīng)150次循環(huán)后的放電容量及其容量保持率也列于表1?？梢?隨材料中Mn含量的增加,材料的容量下降,首次放電容量從Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的224 m Ah·g-1下降到過量15 mol% Mn的138 m A·g-1,但循環(huán)穩(wěn)性顯著增加。經(jīng)150 次循環(huán)后,容量保持率從基礎成分的84.1%,提高到過量15 mol% Mn的98.5%。此外,從圖4b還可見,隨材料中Mn含量的增加,材料的放電中值電壓降低,這主要是由于Mn含量增加在材料中生成了具有低放電電位的Li4Mn5O12尖晶石相。

圖4 過量不同摩爾分數(shù)Mn量的富鋰錳正極材料在200 m A·g-1下的循環(huán)性能曲線(a)和放電中值電壓曲線(b)Fig.4 Cyclic(a)and the median-discharge voltage point(b)curves of the Li/Mn-rich cathode materials with different excessive mol% Mn at 200 m A·g-1

從圖5a可見,對于Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正極材料,隨著循環(huán)的進行,其放電平臺曲線較明顯的逐漸向低電位偏移,說明了循環(huán)過程中極化不斷增加。對于充電過程,平臺電位變化相對較小,但在循環(huán)過程中,低電位區(qū)域平臺出現(xiàn)略向低電位移動的趨勢,而高電位區(qū)域平臺出現(xiàn)略向高電位移動的趨勢。而在Mn過量15 mol%時(圖5b),材料在充電和放電循環(huán)過程中均呈現(xiàn)出相對較小的電壓平臺偏移,尤其是充電曲線,表現(xiàn)出高的重復性。此外,充放電過程均表現(xiàn)出多個平臺,即多步氧化和還原反應。且隨循環(huán)的進行,尤其是在循環(huán)接近100次后,無論是在高電位區(qū)的平臺,還是在低電位區(qū)的平臺,均表現(xiàn)出具有更大放電容量的趨勢。

圖5 Li1.2 Ni0.13 Co0.13 Mn0.54 O2 和過量15 mol% Mn的富鋰錳正極材料經(jīng)20 m A·g-1下1次循環(huán)活化后再在200 m A·g-1下循環(huán)的首次、第50、100和150次充放電曲線(a,b)和其相應的d Q/d V 曲線(c,d)Fig.5 Charge and discharge curves of the LiNi0.13 Co0.13 Mn0.54 O2 cathode material(a)and that with 15 mol%excessive Mn(b)at the 1st,50th,100th and 150th cycles at 200 m A·g-1 initially activated at 20 m A·g-1 for 1 cycle,and their corresponding d Q/d V curves(c,d)

從圖5c可見,對于基礎成分的富鋰錳正極材料,在其經(jīng)20 m A·g-1活化后,首次在200 m A·g-1下的充電過程中,在約3.7～4.2 V 范圍(峰位約在3.8～3.9 V)存在一個較大的氧化峰,其對應于Ni2+/Ni3+/Ni4+和Co3+/Co4+的氧化。此外,在4.5～4.6 V處可見一個較寬較弱的氧化峰,該峰應該對應于在20 m A·g-1的活化過程中尚未全部分解活化的Li2Mn O3進一步分解活化,即部分Li2Mn O3進一步轉(zhuǎn)化為富Mn O2相或Li2Mn O2相,但其活化動力學性能較低。在200 m A·g-1下的首次放電過程中,存在3個主要的還原峰,分別在約3.3～3.4 V、3.9 V 和4.3 V 之間,峰寬較寬,分別對應于Ni4+/Ni3+/Ni2+和Co4+/Co3+的還原反應和層狀結(jié)構(gòu)中Mn4+/Mn3+的還原反應。首次還原過程中沒有發(fā)現(xiàn)低于3.2 V 的還原峰,即基本沒有尖晶石結(jié)構(gòu)中Mn4+/3+的還原反應。但隨著循環(huán)的進行,在第50個循環(huán)時,4.5～4.6 V 處較寬較弱的氧化峰消失,說明Li2Mn O3已全部轉(zhuǎn)化為富Mn O2相和/或LiMn O2相。此外,約3.8 V處的氧化峰強度顯著降低,并在約3.5 V 的低電位處出現(xiàn)新的氧化峰。隨循環(huán)的進行,3.8 V 處的峰略向高電位移動,而3.5 V 處的峰較明顯地向低電位移動。在還原反應過程中,隨循環(huán)的進行,相應于層狀材料中Ni4+/Ni3+/Ni2+、Co4+/Co3+及Mn4+/Mn3+還原反應的峰均逐漸向低電位移動,且其強度不斷變?nèi)?并逐步出現(xiàn)電位低于3.0 V 的還原峰,該低電位還原峰在材料循環(huán)50次時已開始出現(xiàn),并在150個循環(huán)時成為主要的還原峰,其中在約2.9 V 處的峰為尖晶石相的還原峰,而此時,其它高電位的還原峰的強度已非常弱。這說明隨循環(huán)的進行,LiNi0.13Co0.13Mn0.54O2正極材料的層狀結(jié)構(gòu)逐步向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,經(jīng)100次循環(huán)后,材料中已含有大量的尖晶石相。

而對于過量15 mol% Mn的材料,其循環(huán)過程中的氧化還原反應特性與基礎成分材料相比存在較大的不同。從圖5d可見,其在4.6/4.5 V 電位處存在的氧化/還原電位具有很小的電位差,并在150次循環(huán)過程中一直存在,具有很高的重復性。該氧化峰的第50次循環(huán)的峰強相對于其首次雖有較大程度的下降,但在隨后的直至150次的循環(huán)過程中保持很高的峰位和峰強的重復性。該相對于首次峰強的下降應該是Li2MnO3在經(jīng)20 m A·g-1活化后剩余量的活化,轉(zhuǎn)化為富Mn O2的層狀相。隨后循環(huán)中該4.6/4.5 V 處的氧化/還原峰為Li4Mn5O12相在高電位發(fā)生的氧化/還原反應。首次循環(huán)過程中,約4.0 V 處的較大峰對應于Ni4+/Ni3+/Ni2+和Co4+/Co3+的還原反應。但不同于基礎成分的富鋰錳材料,該高Mn含量的材料在首次循環(huán)過程中在3.3 V 處存在一個相對較小的氧化峰,該氧化峰對應于Li4Mn5O12尖晶石相在低電位處Mn3+/Mn4+的氧化,也說明了材料中Li4Mn5O12尖晶石相的存在。在隨后的循環(huán)中,這兩個氧化峰向低電位處偏移,但隨循環(huán)的增加,其偏移量減少,尤其是對于Ni4+/Ni3+/Ni2+和Co4+/Co3+的還原峰經(jīng)50次循環(huán)后其偏移量很小,說明循環(huán)過程中極化增加的程度不斷減小。在其首次還原過程中,約3.9和3.3 V處的峰分別為層狀材料中Ni4+/Ni3+/Ni2+和Co4+/Co3+的還原峰和Mn4+/Mn3+的還原峰。此外,該高錳正極材料在2.6 V 還存在一個較弱的峰,為Li4Mn5O12在低電位處的還原峰[38],進一步說明了材料中Li4Mn5O12相的形成。雖然在循環(huán)過程中,上述幾個原峰均不斷向低電位移動,該過程不僅是材料極化的增加,也包含富鋰錳層狀結(jié)構(gòu)逐步向尖晶石結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,且經(jīng)150次循環(huán)后,材料在2.9 V 也出現(xiàn)較明顯的尖晶石相的還原峰,但Mn含量的提高,大大提高了材料在循環(huán)過程晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,從而提高了其循環(huán)性能,減小了循環(huán)過程中放電中點電壓的下降。

4 結(jié) 論

通過噴霧干燥結(jié)合高溫煅燒的方法制備了不同錳含量的Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54+xO2(x=0～0.15)富鋰錳正極材料,發(fā)現(xiàn)Mn含量的提高可在材料中生成一種高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的Li4Mn5O12尖晶石相,該尖晶石相在循環(huán)過程中具有良好的可逆性,可有效提高富鋰錳材料的首次庫倫效率和循環(huán)性能。

隨Mn含量的增加,材料的首次庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性不斷提高,其中,Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.57O2體系具有較好的綜合電化學性性能,其在20 m A·g-1電流密度下的首次放電容量達314 m A·g-1,首次庫倫效率為84.1%。在200 m A·g-1電流密度下的首次放電容量為188 m A·g-1,經(jīng)150次循環(huán)后的容量保持率達96.2%。Li4Mn5O12尖晶石相高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和良好的可逆嵌鋰性減緩了層狀富鋰錳材料在循環(huán)過程中從層狀向尖晶石相的轉(zhuǎn)變。

過高Li4Mn5O12相的引入,使體系的容量顯著降低,并顯著降低其放電電壓。