Page 183 - 《精细化工》2021年第8期

第 8 期 肖雨刚，等: 低温自蔓延燃烧合成 Li 1.2 Fe 0.2 Mn 0.6 O 2 纳米颗粒及电化学性能 ·1677·

Li MnO  2 3 MnO  2 Li O （充电电压≥4.5 V）（1）
2
MnO  2 Li  + e   LiMnO 2 （2）
图 6 为 3 种 Li 1.2 Fe 0.2 Mn 0.6 O 2 纳米颗粒的倍率性
能曲线。从图 6 可看出，与 LFMO-400、LFMO-500
相比， LFMO-450 具有最大的首 次放电容量
（237.5 mA·h/g）。同时，LFMO-450 在不同充放电
倍率下的放电比容量都最高，倍率性能最好。在 0.1、
0.2、0.5、1 和 2 C 下，其首次放电比容量分别为
237.5、170.7、124.1、101.9 和 82.8 mA·h/g。当经

过倍率测试后继续在 0.1 C 测试时，放电比容量仍 图 7 3 种样品的循环性能
有 175.7 mA·h/g。这可能与 LFMO-450 的晶粒生长 Fig. 7 Cycle performances of three samples
+
情况有关，生长良好的纳米颗粒能够稳定 Li 在材料
图 8 为 3 种 Li 1.2 Fe 0.2 Mn 0.6 O 2 纳米颗粒的 EIS 谱图。
内部的脱嵌路径。LFMO-500 的首次放电容量最小
其中，R 1 、C 1 和 W s 分别指电阻、电容器和 Warburg
（199.2 mA·h/g），可能是与其晶粒尺寸最大有关。
阻抗。
LFMO-400 的容量衰减较快，可能与其晶化程度较

低有关（见图 1）。

图 6 3 种样品的倍率性能
Fig. 6 Rate performances of three samples

图 7 为 3 种 Li 1.2 Fe 0.2 Mn 0.6 O 2 材料在 1 C 下的循
环性能。从图 7 可知，LFMO-450 具有最佳的循环
性能，首次和循环 60 次后放电比容量分别为 106.4
（图 6 用的电池是在 0.1、0.2 和 0.5 C 各测试 5 次
后，再测试 1 C 下的比容量，经过 15 次循环后，容

量偏低。而图 7 测试使用的是新组装电池，所以 1 C 图 8 Li 1.2 Fe 0.2 Mn 0.6 O 2 材料的 EIS 谱图（a）和低频区的
下的比容量与图 6 相比有一些差异。）和 87.8 mA·h/g， Z'与 ω –1/2 的关系图（b）
容量保持率为 82.5%。LFMO-450 由 45~88 nm 的纳 Fig. 8 EIS spectra of Li 1.2 Fe 0.2 Mn 0.6 O 2 samples (a) and
+
米颗粒构成，纳米颗粒既可以缩短 Li 的迁移路径又 their relationship between Z' and ω –1/2 at low
frequency region (b)
能提升材料自身导电性，因此其表现出较高的放电
比容量和容量保持率。LFMO-500 的循环性能仅次 从图 8a 可以发现，3 个样品的阻抗谱图都是由
于 LFMO-450，其首次和循环 60 次后放电比容量分 高频区的半圆和低频区的斜线组成。高频区的半圆
+
别为 83.7 和 68.6 mA·h/g，容量保持率为 82.0%。这 弧表示电荷转移电阻，低频区的斜线是指 Li 在电极
可能归因于 LFMO-500 的颗粒粒径分布宽，存在一些 内部扩散引起的 Warburg 阻抗 [27] 。从图 8a 中可得，
+
亚微米颗粒，Li 在这些颗粒内部的迁移路径较长。 LFMO-400、LFMO-450 和 LFMO-500 的电荷转移电
LFMO-400 放电比容量最低，首次和循环后放电比容 阻 R ct 分别为 360、160 和 180 Ω（图 8a 插图）；3 个
量分别为 50.2 和 36.9 mA·h/g，容量保持率为 73.5%， 样品的电解液阻抗 R e 分别为 3.2、3.0 和 12.8 Ω。通
这可能与煅烧温度不足导致材料晶化程度低有关。 过对 Z′和 ω –1/2 进行拟合（见图 8b），再利用公式（3）、