Al掺杂及Al_2O_3表面包覆改性尖晶石LiMn_2O_4的电化学性能

合成了含1.5(wt)%Al2O3表面包覆的LiMn2O4和不同摩尔量Al体相掺杂的LiAlxMn2-xO4(x=0.1,0.2,0.3,0.4)电极材料。利用XRD和FSEM对制备材料的物相和形貌进行表征。结果表明,表面包覆和体相掺杂没有改变尖晶石LiMn2O4的晶体结构,所有衍射峰都归属于Fd3m空间群,但其衍射峰向高角度方向移动;表面包覆后在尖晶石LiMn2O4电极材料表面可见Al2O3颗粒较为均匀地分布,而掺Al后的电极材料颗粒呈近似立方体结构,在400～600nm间较为均匀地分布。恒流充放电测试表明,表面包覆和体相掺杂可以显著提高LiMn2O4电极材料的电化学循环性能,其中1.5(wt)%Al2O3表面包覆的LiMn2O4和LiAl0.2Mn1.8O4具有相对较好的电化学性能,其初始放电容量同为99.7mAh/g,经过50周循环后,容量的保持率分别为87.4%和88.4%。LiAl0.3Mn1.7O4电极材料在首次充电过程中,3.85V之前其电化学阻抗谱(EIS)由高频区的半圆和中低频区一段圆弧组成,随极化电位升高,圆弧不断缩小,至3.95V时演变为较为完整的半圆,同时在EIS低频区出现了与锂离子扩散相关的斜线。电极材料表面上SEI膜电阻和厚度随电极极化电位升高而减小,电荷传递电阻则先减小后增大,且LiAl0.4Mn1.6O4的电荷传递电阻比LiAl0.3Mn1.7O4要小得多。