Verbetering van de elektrochemische prestatie van de spinelstructuur LiNi0.5-xGaxMn1.5O4 kathodemateriaal door Ga-doping

Resultaten en discussie

Structurele en morfologische analyse

XRD-patronen van de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters worden gegeven in Fig. 1, waaruit duidelijk blijkt dat de belangrijkste diffractiepieken van de monsters consistent zijn met de kaarten (JCPDS nr. 80-2162) voor de ongeordende spinelstructuur met ruimte groep Fd3m. Een andere belangrijke bevinding was dat er extra diffractiepieken verschenen bij 37,4°, 43,7° en 63,8° (gemarkeerd met een *) in de LiNi_0,5 Mn_1.5 O₄ monster naast de belangrijkste diffractiepieken, die moeten worden toegewezen aan de Li_x Ni_1-x O secundaire fase. De bevinding komt overeen met eerder gerapporteerde resultaten, waarin de vorming van de Li_x Ni_1-x O secundaire fase moet worden toegeschreven aan sinteren bij hoge temperatuur en er werd aangenomen dat het de hoeveelheid actief materiaal zou verminderen [19]. Het bestaan ​​van de Li_x Ni_1-x O secundaire fase kan de Li ⁺ . remmen ionendiffusie volgens Wu [9]. Er werd echter geen extra secundaire fase gedetecteerd in de Ga-gedoteerde monsters, wat suggereert dat Ga-doping de vorming van Li_x zou kunnen remmen. Ni_1-x O onzuivere fasen en zorg voor een enkele fase.

XRD-patronen van de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1) monsters

Volgens een rapport dat de intensiteitsverhouding van I₃₁₁ /I₄₀₀ pieken zouden de stabiliteit van de structuur [20] kunnen weerspiegelen, waarbij een positieve correlatie bestaat tussen de waarde van I₃₁₁ /I₄₀₀ en de stabiliteit van de constructie. De intensiteitsverhoudingen van de I₃₁₁ /I₄₀₀ pieken voor de LiNi_0,5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters zijn respectievelijk 0,8636, 0,9115, 0,9216, 0,9097 en 0,8966 (zoals vermeld in tabel 1). Volgens de waarde van I₃₁₁ /I₄₀₀ , kunnen we afleiden dat Ga-doping structurele stabiliteit kan bevorderen. Bovendien toont tabel 1 duidelijk de stijging van de intensiteitsverhouding van I₃₁₁ /I₄₀₀ pieken en vervolgens een daling naarmate het Ga-dopinggehalte verder toenam; de verhouding bereikte een maximum in de LiNi_0.44 Ga_0,06 Mn_1.5 O₄ monster, wat suggereert dat dit monster de meest stabiele structuur heeft. De bevinding is consistent met de cyclische prestatiecurve bij een hoge snelheid en hoge temperatuur.

Om de ruimtegroep van de LiNi_0.5-x . verder te onderzoeken Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters, FT-IR-spectroscopie (getoond in Fig. 2) werd uitgevoerd in het bereik van 400-700 cm ⁻¹ . De sleutel tot het bepalen van de ongeordende Fd3m-ruimtegroep en de geordende P4₃ 32 ruimtegroep is de wanordegraad van de Ni ²⁺ en Mn ⁴⁺ in de spinelstructuur. De banden op 588 en 621 cm ⁻¹ corresponderen met respectievelijk de Ni-O-binding en de Mn-O-binding. Een sterkere piekintensiteit bij 621 cm ⁻¹ in plaats van 588 cm ⁻¹ is kenmerkend voor de Fd3m-structuur [21]. Kunduraci et al. [22] publiceerden een paper waarin ze opmerkten dat hoe lager de waarde van I₅₈₈ /I₆₂₁ was, hoe hoger de mate van wanorde van de Mn ⁴⁺ en Ni ²⁺ ionen in de spinelstructuur zou zijn. De hoge mate van kationenstoornis leidt tot een hoge geleidbaarheid. We hebben de intensiteitsverhoudingen van I₅₈₈ . berekend /I₆₂₁ als 0,9524, 0,9187, 0,708, 0,8525 en 0,9263 (zoals vermeld in tabel 2) voor respectievelijk Ga-0, Ga-0,04, Ga-0,06, Ga-0,08 en Ga-0,1 monsters. Interessant is dat de waarde van I₅₈₈ /I₆₂₁ neemt eerst af en neemt vervolgens toe met toenemend Ga-gehalte, wat wijst op de toename van de mate van kationstoornis en vervolgens een afname na de toename van het Ga-dopinggehalte. Ga-0.06 toont de laagste waarde van I₅₈₈ /I₆₂₁ , wat suggereert dat het de hoogste graad van kationstoornis heeft. De waarde van I₅₈₈ /I₆₂₁ kleiner is dan 1, kenmerkend voor de ongeordende Fd3m-structuur [21], wat consistent is met het resultaat van de bovenstaande XRD-analyse. Vergeleken met de bestelde P₄ 332-structuur vertoonde de ongeordende Fd3m-structuur betere elektrochemische eigenschappen dan die van de geordende P₄ 332 structuur [23].

FT-IR-spectra van de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1) monsters

De deeltjesmorfologieën van de monsters worden waargenomen door SEM. De resultaten, zoals weergegeven in figuur 3, impliceren dat alle monsters een spinel-octaëderstructuur hebben en een fijn kristal bezitten. Sommige deeltjes konden worden waargenomen op het oppervlak van de Ga-gedoteerde monsters, maar waren afwezig in LiNi_0,5 Mn_1.5 O₄ . Zoals weergegeven in figuur 4, is EDS een methode voor kwalitatieve analyse die de aanwezigheid van Ga in met Ga-gedoteerde monsters illustreert. Uiteraard, na de toevoeging van x waarde werd een significante toename van de Ga-concentratie geregistreerd, wat aangeeft dat Ga in het kristalrooster was gedoteerd.

SEM-afbeeldingen van de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1) a Ga-0, b Ga-0.04, c Ga-0.06, d Ga-0.08, en e Ga-0.10

EDS-beeld van de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1) a Ga-0, b Ga-0.04, c Ga-0.06, en d Ga-0.08

Elektrochemische prestatieanalyse

Om de effecten van Ga-doping op het verbeteren van de snelheidscapaciteit van LiNi_0,5-x . te onderzoeken Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1), werden de capaciteiten van de ongerepte en Ga-gedoteerde monsters bij 0,2, 0,5, 1, 2 en 3 C-ontladingssnelheden onderzocht. Uit Fig. 5a werd duidelijk dat de snelheidscapaciteit werd bevorderd na Ga-doping. Het is opmerkelijk dat Ga-0,06 uitstekende snelheidsprestaties behaalde, 122,5, 120,9, 120,3, 117,5, 115,7 mAh/g met snelheden van respectievelijk 0,2, 0,5, 1, 2 en 3 C, vergeleken met de 124,4, 114,2, 108 , 99,8, 87,3 mAh/g LiNi_0,5 Mn_1.5 O₄ tegen dezelfde tarieven. De ontladingscapaciteit van gedoteerde monsters was lager dan de oorspronkelijke bij een ontladingssnelheid van 0,2 C als gevolg van het elektrochemisch actieve Ni ²⁺ die is vervangen door de Ga. Voor de ontladingsplateaus is de meest voor de hand liggende bevinding uit figuur 5a dat twee ontladingsplateaus bij ~-4,0 V en ~-4,7 V konden worden waargenomen in overeenstemming met Mn ³⁺ /Mn ⁴⁺ en Ni ²⁺ /Ni ⁴⁺ redoxkoppels, wat betekent dat Ga-doping het ontladingsmechanisme niet wijzigt. Afbeelding 5b toont de snelheidscapaciteitscurves van de LiNi_0,5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters. De ontladingscapaciteit van het ongerepte monster neemt echter snel af met toenemende C-snelheden. Het uitstekende snelheidsvermogen van Ga-0.06 kan worden toegeschreven aan de verminderde Li_x Ni_1-x O onzuiverheidsfase, verbeterde elektronische geleidbaarheid en de verbeterde diffusiecoëfficiënt van Li ⁺ . De onzuiverheidsfase zou de Li ⁺ . belemmeren ionen niet opstijgen of insluiten. De elektrische geleidbaarheid is verbeterd als gevolg van de verhoging van de Mn ³⁺ inhoud door Ga doping. Deze bevinding is in overeenstemming met de dQ/dV-plots. Er zijn twee bronnen van Mn ³⁺ ; één bron van Mn ³⁺ is zuurstoftekort [24], resulterend in Mn ³⁺ , terwijl een andere de vervanging is van Ga ³⁺ voor Ni ²⁺ waarin nogal wat porties Mn ⁴⁺ moet veranderen in Mn ³⁺ ladingsneutraliteit te behouden. De disproportioneringsreactie van Mn ³⁺ die in het elektrolyt voorkomt, is niet bevorderlijk voor de structurele stabiliteit. Tegelijkertijd vormde het gedoteerde Ga een passiveringslaag en verminderde het directe contact tussen de elektrolyt en het elektrodemateriaal. Dit remde het optreden van disproportionering, wat leidde tot uitstekende snelheidseigenschappen. Alle bovenstaande analyses zijn ook in overeenstemming met de SEM- en EDS-resultaten.

een De ontlaadcurven van LiNi_0,5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters bij 0,2 C, 0,5 C, 1 C, 2 C, 3 C tarieven. b Beoordeel mogelijkheden van de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1) monsters

De cyclusprestaties van de cel zijn een essentiële parameter voor elektrochemische eigenschappen. Uit Fig. 6a hebben we berekend dat het capaciteitsbehoud bij 1 C en 25 ° C van de Ga-0, Ga-0.04, Ga-0.06, Ga-0.08 en Ga-0.1 monsters 90,8, 94,9, 98, 94,6 zijn, en 91,2%, respectievelijk. De fietsprestaties verbeterden duidelijk in verschillende mate na Ga-doping, en Ga-0.06-monsters vertoonden de hoogste prestatieparameters. Figuur 6b toont de cyclusprestaties van de Ga-0-, Ga-0.04, Ga-0.06, Ga-0.08 en Ga-0.1-monsters bij 1 ° C en 55 ° C. Het capaciteitsbehoud van de Ga-0,06-monsters was 98,4% van de oorspronkelijke capaciteit (121,5 mAh/g) bij 1 C en 55 ° C na 50 cycli, maar het Ga-0-monster leverde een ontladingscapaciteit van 113 mAhg ^{− 1} en vervaagde scherp, met een capaciteitsbehoud van 74% bij de 50e cyclus. Bijgevolg zijn de Ga-0.06-monsters beter dan die Ga-0-monsters voor het verbeteren van de cyclusstabiliteit bij hoge temperatuur, wat moet worden toegeschreven aan de verminderde Li_x Ni_1-x O onzuiverheidsfase en de stabiele structuur die wordt verschaft door het passiveringseffect als gevolg van Ga-doping. Afbeelding 6c, d geeft de ontladingscurves van de Ga-0- en Ga-0,06-composieten bij 3 C. Het capaciteitsbehoud van het Ga-0,06-monster bereikte 98,3% na 100 cycli bij 3 C, wat hoger was dan dat van het ongerepte monster (80%). Het ontladingsplateau bij 3 C van het ongerepte monster was lager dan dat van Ga-0,06, wat impliceerde dat de polarisatiegraad van het ongerepte monster groter was dan die van Ga-0.06. Er kan worden geconcludeerd dat het juiste gehalte aan Ga-doping gunstig is voor de verbetering van de elektrochemische eigenschappen, met name voor de cyclusstabiliteit bij hoge temperaturen en hoge ontladingssnelheden.

een Cyclusprestaties van de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters bij 1 C en 25 °C, b cyclusprestaties van de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,06) monsters bij 1 C en 55 °C, c ontladingscurven van de Ga-0-monsters, en d Ga-0,06 monster bij 3 C

Voor een meer gedetailleerde analyse van het elektrochemische gedrag worden de dQ/dV-plots weergegeven in Fig. 7a-e. De piek bij ongeveer 4,0 V wordt weergegeven in Afb. 7f, die moet worden toegewezen aan Mn ³⁺ /Mn ⁴⁺ redoxpaar [25], wat de kenmerken aangeeft van de ongeordende Fd3m-spinelstructuur [9]. De twee scheidingspieken liggen op ongeveer 4,7 V, wat overeenkomt met Ni ²⁺ /Ni ³⁺ en Ni ³⁺ / Ni ⁴⁺ redox-paren [26]. Het is duidelijk dat de intensiteit van de piek bij ongeveer 4,7 V de neiging had af te nemen met het Ga-gehalte, wat wordt veroorzaakt door de vervanging van elektrisch actief Ni door Ga. De intensiteit van de piek bij ongeveer 4,0 V nam toe, wat wordt toegeschreven aan de concentratie van Mn ³⁺ ionen die toenemen met het gehalte aan Ga. Hoe kleiner het potentiaalverschil tussen de redoxpiek en oxidatiepiek, hoe zwakker de polarisatie. De mate van polarisatie is een indicator van de omkeerbaarheid van Li ⁺ ionen in de elektrode. Uit Fig. 7a–e hebben we vastgesteld dat het kleinste spanningsverschil tussen oxidatie- en reductiepieken van Ni ³⁺ /Ni ⁴⁺ redox-koppels is 0,011 V voor het Ga-0,06-monster, wat lager is dan dat van het ongerepte monster (0,037 V), wat de beste omkeerbaarheid van Li ⁺ weerspiegelt ion insertie en de-insertie in de elektrode. De analyseresultaten van dQ/dV-plots gaven aan dat een geschikt Ga-dopinggehalte een positief effect heeft op de reversibiliteit van de monsters. Deze bevinding komt goed overeen met de resultaten van snelheidscapaciteit en D _Li ⁺ weergegeven in Tabel 3.

een ~e dQ/dV-grafieken van de LiNi_0,5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters; v de vergrote dQ/dV-plots tussen 3,5 en 4,3 V

Om de impact van Ga-doping op de elektrochemische reactiekinetiek dieper te onderzoeken, geeft figuur 8a de EIS-spectra van de verkregen monsters na 3 cycli met een snelheid van 0,1 C. De Nyquist-plots en equivalente circuits (inzet) van de LiNi_0,5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1) composieten worden weergegeven in Fig. 8a. CPE komt overeen met het constante fase-element van de dubbellaagse, R _e geeft de oplossingsweerstand aan, en R _ct staat voor ladingsoverdrachtsimpedantie, die wordt beschreven door de diameter van een halve cirkel. W staat voor de Warburg-impedantie, die een snelheid van lithium-iondiffusie weerspiegelt. We kunnen vaststellen dat de R _ct van de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters zijn respectievelijk 168,4, 133, 86,73, 113,3, 143,66 (zoals weergegeven in tabel 3). De R _ct nam af samen met de concentratie van Ga-doping, en de minimale R _ct Er trad een waarde op voor het Ga-doteringsgehalte van 0,06, wat wijst op een verbetering van de elektrochemische reactiekinetiek. De onderste R _ct waarde van de Ga-0.06-monsters weerspiegelt de lagere elektrochemische polarisatie, wat in lijn is met de dQ/dV-plots. De diffusiecoëfficiënt van Li ⁺ (D _Li ⁺ ) wordt verkregen uit de volgende vergelijking [27]:

een EIS-spectra van de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters. b Grafiek van Z' uitgezet tegen ω ^-1/2 in het laagfrequente gebied voor de LiNi_0.5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1) monsters

In deze vergelijking, R staat voor de gasconstante, (R = 8.314 JK mol ⁻¹ ), T staat voor de temperatuur (298 K), A komt overeen met het oppervlak van de elektrode, n staat voor het aantal elektronen per molecuul dat de elektronische overdrachtsreactie bijwoont, F staat voor de constante van Faraday (F = 96.500 C mol ⁻¹ ), C _Li ⁺ is het lithiumionengehalte in monsters, en σ is de Warburg-factor. Een relatie tussen σ en Z' staat in Vgl. (2) en werd bepaald aan de hand van de helling van de lijn van de laagfrequente zone in figuur 8b (zoals vermeld in tabel 3).

$$ {Z}^{\hbox{'}}={R}_{\mathrm{e}}+{R}_{ct}+\sigma {\omega}^{-1/2} $$ ( 2)

Het is duidelijk dat er een toename en vervolgens een afname is geweest in de D _Li ⁺ , wat het tegenovergestelde was van de ladingsoverdrachtsimpedantie (R _ct ). De D _Li ⁺ waarden zijn 3.89 × 10 ⁻¹² , 6.99 × 10 ⁻¹² , 7,99 × 10 ⁻¹¹ , 4.88 × 10 ⁻¹¹ , 8,43 × 10 ⁻¹¹ cm ² s ⁻¹ voor respectievelijk Ga-0, Ga-0.04, Ga-0.06, Ga-0.08, Ga-0.1. Het verschil in de D _Li ⁺ tussen Ga-gedoteerde en ongerepte monsters bedraagt ​​1 orde van grootte, wat aangeeft dat Ga-doping een goede manier is om de ionische geleidbaarheid te verbeteren. De laagste ladingsoverdrachtsimpedantie en de hoogste diffusiecoëfficiënt van Li ⁺ van Ga-0,06 gaf het uitstekende cyclische en snelheidseigenschappen vergeleken met alle monsters. De toename van D _Li ⁺ kan worden toegeschreven aan de verminderde Li_x Ni_1-x O onzuiverheidsfase. Deze resultaten geven aan dat een geschikt Ga-dopinggehalte niet alleen de geleidbaarheid van de LNMO kan verbeteren, maar ook de diffusiecoëfficiënt van Li ⁺ kan verbeteren. .

Conclusies

Een sol-gel-methode werd gebruikt om LiNi_0.5-x . te synthetiseren Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters. Alle monsters hebben een ongeordende Fd3m-structuur en hebben een fijn spinel-octaëderkristal. Ga-doping belemmerde de vorming van de Li_x Ni_1-x O secundaire fase en verhoogde de mate van kationenstoornis. De uitstekende prestaties moeten worden toegeschreven aan de verbeterde geleidbaarheid, verminderde elektrochemische polarisatie en de passiveringslaag door de Ga-doping, die meer uitgesproken is bij hoge snelheden en hoge temperaturen. Bovendien vertoont het Ga-0.06-monster met een optimaal gehalte aan Ga uitstekende elektrochemische prestaties in vergelijking met de andere monsters; het capaciteitsbehoud bij 1 C en 55 ° C van het Ga-0,06-monster was 98,4% van de oorspronkelijke capaciteit (121,5 mAh/g) na 50 cycli, maar het Ga-0-monster leverde een ontlaadcapaciteit van 113 mAhg ^{− 1} en vervaagde scherp, met een capaciteitsbehoud van 74% bij de 50e cyclus onder dezelfde testomstandigheden. Ons werk biedt een veelbelovend concept voor het verbeteren van de cyclusstabiliteit van de kathodematerialen van Li-ionbatterijen bij hoge temperaturen.

Methoden

Materiaalsynthese

LiNi_0,5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) werd gesynthetiseerd met een sol-gel-methode. De grondstoffen worden als volgt weergegeven:CH₃ COOLi·2H₂ O (99,9%, Aladdin), Mn(CH₃ COO)₂ ·4H₂ O (98%, Tianjin Damao), Ni(CH₃ COO)₂ ·4H₂ O (99,9%, Aladdin), Ga(NO₃ )₃ ·xH₂ O (99,9%, Aladdin), citroenzuur (99,5%, Aladdin) en ammoniumhydroxide (25%, Tianjin Damao). De synthetische stappen worden hieronder weergegeven. Ten eerste een bepaalde stoichiometrische verhouding van CH₃ COOLi·2H₂ O, Mn(CH₃ COO)₂ ·4H₂ O, Ni(CH₃ COO)₂ ·4H₂ O, en Ga(NEE₃ )₃ ·xH₂ O werd opgelost in een bepaalde kwaliteit gedestilleerd water onder krachtig roeren bij kamertemperatuur. Meer dan 5% CH₃ COOLi·2H₂ O werd toegevoegd om het verlies aan lithiumzout te compenseren. Ten tweede werd een bepaalde hoeveelheid citroenzuur toegevoegd aan de bovenstaande oplossing in een waterbad onder roeren bij 80 °C. Ten derde werd ammoniumhydroxide gebruikt om de pH van het mengsel op 7 in te stellen, en het roeren werd voortgezet totdat een gel was verkregen. Ten slotte werd de resulterende gel 10 uur in een vacuümoven bij 110 ° C gedroogd. De gedroogde voorlopers werden 5 uur bij 650 °C voorgecalcineerd, tot poeder vermalen en verder 16 uur bij 850 °C in een moffeloven gecalcineerd. Monsters met verschillende Ga-doteringsgehalten werden verkregen na afkoeling tot kamertemperatuur, gemakshalve aangeduid als respectievelijk Ga-0, Ga-0.04, Ga-0.06, Ga-0.08, Ga-0.1.

Kenmerken van materialen

Röntgendiffractie (XRD, Cu Kα, 36 kV, 20 mA) werd gebruikt op een Rigaku D/max-PC2200-systeem om de structuur van de monsters te beoordelen over een bereik van 10 tot 80° bij 4°/min. De Fourier-transformatie-infraroodspectra (FT-IR) werden gemeten met een Nicoletis 6700-instrument. Scanning-elektronenmicroscopie (SEM, JEOL JMS-6700F) werd gebruikt om de morfologie van de composieten vast te leggen. Elementaire samenstelling werd geanalyseerd met behulp van energiedispersieve spectrometrie (EDS) samen met SEM.

Elektrochemische metingen

De elektrochemische prestatie van de monsters werd geëvalueerd met CR2032-muntcellen. Om werkende elektroden voor te bereiden, 90 gew.% LiNi_0,5-x Ga_x Mn_1.5 O₄ (x = 0, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1) monsters, 5 gew.% super P geleidend middel en 5 gew.% polypropyleenfluoride (PVDF) bindmiddel werden opgelost in N -methyl-2-pyrrolidon (NMP) om een ​​homogene suspensie te vormen. De verkregen slurry werd op een aluminiumfolie gegoten en een nacht onder vacuüm bij 85°C gedroogd. Vervolgens werd de folie geperst en in schijven gesneden met een diameter van 14 mm. CR2032-knoopcellen met lithiumfolie als tegen- en referentie-elektroden werden gebruikt om de elektrochemische prestaties van de materialen te beoordelen, en het werd geassembleerd in een met argon gevulde handschoenenkast waarin zowel het water- als het zuurstofgehalte onder de 0,1 ppm werden gehouden. Hier was de elektrolyt met hoogspanningsweerstand 1 M LiPF₆ in een mengsel van ethyleencarbonaat (EC), propyleencarbonaat (PC) en ethyleenmethylcarbonaat (EMC) (EC:PC:EMC = 1:2:7, v :v :v ). Galvanostatische lading-ontladingsmetingen werden uitgevoerd bij 25 ° C en 55 ° C bij een spanning van 3,5-4,95 V door het LAND-batterijtestsysteem. Elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) tests werden uitgevoerd op een CHI600A elektrochemisch werkstation. EIS-spectroscopie in het frequentiebereik van 0,01 Hz tot 100 kHz met een verstoring van 5 mV werd uitgevoerd.

Afkortingen

A:

Oppervlakte van de elektrode

C_Li ⁺ :

Inhoud lithiumionen

CPE:

Constante fase

CV:

Cyclische voltammetrie

D _Li ⁺ :

Diffusiecoëfficiënt van Li ⁺

EC/PC/EMC:

Ethyleencarbonaat/propyleencarbonaat/ethyleenmethylcarbonaat

EDS:

Energiedispersieve spectrometrie

EIS:

Elektrochemische impedantiespectroscopie

F:

Constante van Faraday

FT-IR:

Fourier-transformatie spectrofotometer

Ga-0.04:

LiNi_0,46 Ga_0,04 Mn_1.5 O₄

Ga-0.06:

LiNi_0.44 Ga_0,06 Mn_1.5 O₄

Ga-0.08:

LiNi_0,42 Ga_0,08 Mn_1.5 O₄

Ga-0.1:

LiNi_0,4 Ga_0.1 Mn_1.5 O₄

I₃₁₁ :

De intensiteit van (311) diffractiepiek

I₄₀₀ :

De intensiteit van (400) diffractiepiek

I₅₈₈ :

De intensiteit van 588 cm ⁻¹ band

I₆₂₁ :

De intensiteit van 621 cm ⁻¹ band

LNMO/Ga-0:

LiNi_0.5 Mn_1.5 O₄

n :

The number of electrons per molecule

NMP:

N -methyl-2-pyrrolidinone

PVDF:

Polyvinylidene fluoride

R:

Gas constant

R_ct :

Charge transfer resistance

R_e :

Solution resistance

SEM:

Scanning electron microscope

T:

Temperature

W :

Warburg impedance

XRD:

X-ray diffraction

σ:

The Warburg factor