1. Hintergrund
Lithium-Metall-Batterien gelten aufgrund ihrer hohen Energiedichte als ideale Kandidaten für Batterien der nächsten{0}}Generation. Lithium-reiche manganreiche-Oxid-Kathodenmaterialien bieten eine außergewöhnlich hohe theoretische Kapazität und Energiedichte, ihre kommerzielle Anwendung steht jedoch mehreren Herausforderungen im Weg. Dazu gehören: irreversible Lithiumionen-Interkalation und -Deinterkalation während des ersten Zyklus, was zu einer hohen irreversiblen Kapazität führt; unerwünschte Nebenreaktionen und irreversible Strukturveränderungen, die zu einem Kapazitätsverlust führen; begrenzte Kinetik und Leitfähigkeit der aktiven Materialien, was zu einer schlechten Geschwindigkeitsleistung führt; und anhaltende Spannungsverzögerung während des Radfahrens. Um diese Probleme anzugehen, haben Forscher Methoden wie Elementdotierung, Oberflächenbeschichtung und Strukturmodifikation entwickelt, um die elektrochemische Leistung von Kathodenmaterialien auf Basis von Lithium-reichem Mangan- zu verbessern. In diesem Artikel wird ein neuartiges Kathodenmaterial auf der Basis von Lithium-reichem Mangan-, LRMZF, untersucht, das eine Kationen--- und Anionen--Co--Dotierungsstrategie nutzt, um seine Leistung zu verbessern.
2. Experimentelle Details
In diesem Artikel wurde eine Sol-Gel-Methode zur Herstellung des LRMZF-Kathodenmaterials verwendet:
1. Vorbereitung der Vorläuferlösung: Lithiumnitrat (LiNO3), Nickelnitrat (Ni(NO3)2·6H2O), Kobaltnitrat (Co(NO3)2·6H2O), Mangannitrat (Mn(NO3)2·4H2O) und Zirkoniumnitrat (Zr(NO3)4·5H2O) wurden in entionisiertem Wasser in einem bestimmten Verhältnis gelöst, um eine Metallnitratlösung zu bilden. Zur Bildung eines Sols wurde der Metallnitratlösung unter Kontrolle des pH-Werts langsam eine Fluorwasserstofflösung (HF) zugetropft. Das Sol wurde bei hoher Temperatur wärmebehandelt, um ein Gel zu bilden.
2. Materialkalzinierung: Das Gel wurde bei hoher Temperatur in einem Muffelofen kalziniert, um das LRMZF-Kathodenmaterial zu erhalten.
3. Waschen und Trocknen des Materials: Das kalzinierte Material wurde mit entionisiertem Wasser und Ethanol gewaschen, um Verunreinigungen zu entfernen. Das gewaschene Material wurde in einem Trockenofen getrocknet, um das endgültige LRMZF-Kathodenmaterial zu erhalten.