Sintesis dan Sifat Elektrokimia Bahan Katoda LiNi0.5Mn1.5O4 dengan Doping Komposit Cr3+ dan F− untuk Baterai Lithium-Ion
Abstrak
Sebuah Cr
3+
dan F
−
LiNi yang didoping komposit0,5 Jn1,5 O4 bahan katoda disintesis dengan metode solid-state, dan pengaruh jumlah doping pada sifat fisik dan elektrokimia bahan diselidiki. Struktur dan morfologi bahan katoda dikarakterisasi dengan XRD, SEM, TEM, dan HRTEM, dan hasilnya menunjukkan bahwa sampel menunjukkan fitur spinel yang jelas. Tidak ada Cr
3+
dan F
−
fase pengotor ditemukan, dan struktur spinel menjadi lebih stabil. Hasil uji pengisian/pengosongan, voltametri siklik (CV), dan hasil uji spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) menunjukkan bahwa LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 di mana Cr
3+
dan F
−
jumlah doping keduanya 0,05, memiliki sifat elektrokimia yang optimal, dengan laju pelepasan 0,1, 0,5, 2, 5, dan 10 C dan kapasitas spesifik 134,18, 128,70, 123,62, 119,63, dan 97,68 mAh g
−1
, masing-masing. Setelah 50 siklus dengan kecepatan 2 C, LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 menunjukkan performa bersepeda yang sangat baik, dengan kapasitas spesifik debit 121,02 mAh g
−1
dan tingkat retensi kapasitas 97,9%. Tes EIS mengungkapkan bahwa doping jelas menurunkan resistensi transfer muatan.
Latar Belakang
Meningkatnya permintaan kendaraan listrik (EV), kendaraan listrik hibrida (HEV), dan baterai penyimpanan berkapasitas tinggi membutuhkan baterai lithium-ion kinerja yang lebih tinggi dengan kepadatan energi dan kepadatan daya yang lebih baik [1,2,3]. Bahan katoda adalah bahan utama dalam baterai lithium-ion, dan penelitian dan pengembangan menjadi bahan katoda berpotensi tinggi adalah salah satu cara utama untuk meningkatkan kepadatan energi baterai lithium-ion. Spinel LiNi0,5 Jn1,5 O4 memiliki keuntungan dataran tinggi tegangan pelepasan sekitar 4,7 V:biaya rendah, stabilitas struktural yang sangat baik, dan stabilitas panas, dan dianggap sebagai salah satu bahan katoda yang paling menjanjikan untuk baterai lithium-ion. Namun, stabilitas siklus LiNi0,5 Jn1,5 O4 buruk, dan siklus bahan ini menghasilkan efek Jahn-Teller dan pelarutan Mn [4,5,6,7].
Modifikasi material dengan doping dan pelapisan telah diterapkan untuk menekan efek Jahn-Teller dan untuk mengurangi kehilangan Mn untuk meningkatkan sifat elektrokimia material. Modifikasi doping adalah pendekatan yang sangat efektif yang tidak hanya dapat meningkatkan stabilitas struktur kristal tetapi juga meningkatkan kemampuan laju bahan [8, 9]. Selama pengisian, 4,7% dari volume LiNi0,5 Jn1,5 O4 dipertahankan ketika beralih dari fase kaya litium ke fase miskin litium. Perubahan volume bahan selama proses penyisipan/ekstraksi ion Li dapat ditekan secara efektif dengan menerapkan sedikit doping dan pelapisan permukaan, dan lebih jauh lagi, doping dapat meningkatkan kemampuan laju dan kinerja siklus bahan [10,11, 12]. Doping kation ( Na [13], Ru [14], Rh [15], Co [16], Al [17], Cr [18], Zn [19], Nd [20], Mg [21], Mo [ 22], Sm [23], Cu [24], dll.) dan doping anion (S [25], P [26], dan F [27]) telah diterapkan untuk memodifikasi LiNi0,5 Jn1,5 O4. Misalnya, dibandingkan dengan LiNi murni0,5 Jn1,5 O4 , LiNi yang didoping Al0,5 Jn1,5 O4 dapat secara efektif meningkatkan kapasitas pengosongan (hingga 140 mAh g
−1
) dan stabilitas siklus (retensi kapasitas 70% setelah 200 siklus) [28].
Dalam makalah ini, F
-
dan Cr
3+
dipilih untuk meningkatkan kemampuan laju melalui substitusi senyawa anion-kation, dan jumlah dopingnya dioptimalkan [29]. Selain itu, struktur, morfologi, dan sifat elektrokimia sampel diuji dan dianalisis.
Metode
LiNi0,5 Jn1,5 O4 bahan disintesis dengan metode solid-state menggunakan Ni(CH3 COO)2 · 4H2 O、Mn(CH3 COO)2 · 4H2 O dan Cr(CH3 COO)3 · 6H2 O sebagai bahan awal.
Eksperimental
Persiapan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05
LiNi0,5 Jn1,5 O4 bahan disintesis dengan metode solid-state menggunakan Ni(CH3 COO)2 · 4H2 O、Mn(CH3 COO)2 · 4H2 O dan Cr(CH3 COO)3 · 6H2 O sebagai bahan awal. Bahan-bahan tersebut sepenuhnya dicampur dengan ball-milling selama 2 jam menggunakan jumlah stoikiometri LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0.025, 0.05, 0.075), dan campuran kering dipanaskan pada suhu 400 °C di udara selama 5 jam. Oksida kompleks Ni-Mn-Cr terbentuk setelah pendinginan alami dalam tungku peredam. Sumber oksida kompleks dan litium yang diperoleh (Li2 CO3 dan LiF) dicampur dengan ball-milling selama 4 jam menggunakan alkohol anhidrat sebagai dispersan, dan campuran tersebut kemudian dipanaskan pada suhu 850 °C di udara selama 12 jam untuk memperkuat kristalisasi dalam tungku peredam. Setelah direduksi pada 650 °C di udara selama 12 jam, bahan dengan Cr
3+
yang berbeda dan F
−
jumlah doping komposit, LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0,025, 0,05, 0,075), diperoleh setelah pendinginan alami dalam tungku peredam.
Karakterisasi
Struktur kristal sampel diidentifikasi dengan difraksi sinar-X (XRD, UltimaIII, difraktometer radiasi Cu-Kα, 40 kV, 40 mA, Rigaku, Jepang) pada suhu kamar pada rentang 2θ dari 10° hingga 80° dengan pemindaian kecepatan 8° mnt
−1
. Morfologi LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 sampel diukur dengan mikroskop elektron pemindaian (SEM, Hitachi, S-3400N, Jepang). Struktur mikro dan komposisi unsur dari bahan yang diperoleh diamati dengan mikroskop elektron transmisi (TEM, Tecnai G2 F20, FEI) yang dilengkapi dengan spektroskopi dispersi energi (EDS).
Uji Kinerja Elektrokimia
Sifat elektrokimia dinilai dengan sel koin CR2032, dan sel terdiri dari LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 elektroda sebagai elektroda katoda, foil logam Li sebagai elektroda anoda, American Celgard2400 sebagai pemisah dan 1 mol/L LiPF6 dalam EC/EMC/DMC (1:1:1 dalam volume) sebagai elektrolit. Katoda disintesis dengan mencampurkan bahan aktif, karbon hitam, dan polivinilidena fluorida (PVDF) dengan perbandingan berat 8:1:1 dalam N-metil pirolidinon (NMP) untuk membentuk bubur homogen, yang kemudian dilapisi pada Al foil oleh doctor blade coater dan selanjutnya dikeringkan dalam oven vakum pada 120 °C selama 24 jam untuk menghilangkan NMP dan sisa air. Sel-sel koin dirakit dalam kotak sarung tangan berisi argon (MBRAUN PRS405/W11006-1, Jerman).
Kinerja elektrokimia LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 Sel koin /Li dievaluasi dengan mengisi dan mengeluarkan lebih dari 3,5–5,0 V menggunakan penguji CT-300-1A-SA (Neware Technology Ltd.). Tes voltamogram (CV) siklik (katoda adalah elektroda kerja dan foil logam Li adalah elektroda lawan dan elektroda referensi) dilakukan menggunakan stasiun kerja elektrokimia (Metrohm Co., Autolab PGSTAT302N, Belanda) dengan laju pemindaian 0,1 mV /s dan frekuensi pemindaian 0,5 Hz antara 3,5 dan 5,0 V. Spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) dilakukan pada stasiun kerja elektrokimia dengan amplitudo AC 5 mV dalam rentang frekuensi pemindaian 0,01 hingga 100 kHz (katoda adalah elektroda kerja dan foil logam Li adalah elektroda lawan dan elektroda referensi).
Hasil dan Diskusi
Gambar 1 menunjukkan pola XRD dari LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0.025, 0.05, 0.075) bahan. Pola tersebut mengungkapkan bahwa Cr
3+
dan F
−
bahan yang didoping senyawa memiliki puncak difraksi yang sama dengan sampel yang tidak didoping, menunjukkan bahwa sampel disintesis tanpa fase pengotor dan bahwa Cr
3+
dan F
−
doping senyawa tidak akan mengubah struktur kristal spinel. Tidak ada puncak pengotor atau puncak superstruktur yang ditemukan, yang menunjukkan bahwa beberapa Ni
2+
, Jn
4+
, Jn
3+
, dan O
2−
atom dalam fase spinel berhasil digantikan oleh Cr
3+
dan F
−
. Kekuatan puncak difraksi Cr
3+
-doped LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 sampel menurun, dan konsentrasi dopan berlebih mempengaruhi derajat kristalinitas. Parameter kisi untuk LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0.025, 0.05, 0.075) material dihitung dengan Jade5.0, dan hasilnya ditunjukkan pada Tabel 1.
Pola XRD dari LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0,025, 0,05, 0,075)
Gambar 2 menunjukkan gambar SEM dari LiNi0.5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0.025, 0.05, 0.075) dengan perbesaran ×10000. LiNi0,5 Jn1,5 O4 sampel terdiri dari seragam, partikel berukuran submikron, dan kristal memiliki bentuk kuasi-oktahedral. Setelah Cr
3+
dan F
−
senyawa doping, LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0.025, 0.05, 0.075) sampel menunjukkan partikel yang sangat kristal dan spinel yang khas dengan bentuk oktahedral dan tepi dan sudut yang tajam.
Gambar SEM dari LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 .(a ) x = 0, (b ) x = 0,025, (c ) x = 0,05, (d ) x = 0,075
Keberadaan kromium dan fluorida dalam spinel LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 senyawa diverifikasi oleh EDS, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3. Gambar TEM dan resolusi tinggi TEM (HRTEM) dari morfologi kristal dan pinggiran kisi ditunjukkan pada Gambar. 4. Kedua LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 menunjukkan morfologi permukaan yang serupa. Jarak antara pinggiran kisi untuk LiNi0,5 Jn1,5 O4 diukur menjadi 0,4835 nm, sesuai dengan bidang (111) spinel. Setelah doping, jarak kisi pada Gambar 4d menunjukkan nilai 0,4811 nm, yang menunjukkan bahwa energi ikatan Cr-O yang lebih tinggi dapat menyusutkan kerangka spinel. Oleh karena itu, LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 diharapkan memiliki sifat elektrokimia yang sangat baik untuk penyimpanan litium.
Pola EDS dari LiNi0,5 Jn1,5 O4 (a ) dan LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 (b )
Gambar TEM dan HRTEM dari LiNi0,5 Jn1,5 O4 (a dan b ) dan LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 (c dan d )
Gambar 5 menampilkan kurva pengisian/pengosongan LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0,025, 0,05, 0,075) sampel, di mana sel diuji pada rentang potensial 3,5–5,0 V pada laju 0,1 C. Kapasitas spesifik pelepasan LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0.025, 0.05, 0.075) sampelnya adalah 141,59, 139,38, 134,18, dan 124,47 mAh g
−1
pada 0,1 C, masing-masing. Kurva pengisian/pengosongan sampel yang didoping terdiri dari dua dataran tegangan yang jelas pada sekitar 4,7 dan 4,1 V. Dataran tegangan pada sekitar 4,7 V dikaitkan dengan Ni
2+
/Ni
4+
pasangan redoks, sedangkan dataran tinggi tegangan kecil sekitar 4,1 V mungkin disebabkan oleh substitusi F
−
untuk O
2−
, yang mengurangi jumlah muatan negatif dan mengubah valensi logam transisi (Mn
4+
dikurangi menjadi Mn
3+
) untuk menjaga keseimbangan biaya.
Kurva pengisian/pengosongan LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0,025, 0,05, 0,075) pada 0,1 C
Kemampuan kecepatan sangat penting untuk baterai lithium-ion. Kurva performa bersepeda LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0.025, 0.05, 0.075) sampel pada tingkat yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 6. Kapasitas debit spesifik tertinggi pada 0,1 C diamati untuk LiNi0,5 Jn1,5 O4 (141,59 mAh g
−1
), dan kapasitas debit tertinggi kedua diamati untuk LiCr0,025 Ni0,4875 Mn1,4875 O3,95 F0,05 (139,38 mAh g
−1
). Namun, pada kecepatan tinggi lainnya 0,5, 2, 5, dan 10 C, kapasitas debit spesifik LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 adalah yang tertinggi, yaitu 128,70, 123,62, 119,63, dan 97,68 mAh g
−1
, masing-masing. Saat melepaskan LiNi0,5 Jn1,5 O4 dikosongkan pada laju 2 C , redaman kapasitas pengosongan spesifiknya lebih jelas. Pada laju pelepasan 5 C , struktur material mungkin rusak parah. Seperti jumlah doping dan substitusi Cr
3+
meningkat, stabilitas bersepeda meningkat. Jumlah doping yang lebih tinggi akan mengurangi kapasitas pelepasan spesifik material, membuat dataran tinggi 4,1 V lebih jelas dan mengurangi kepadatan energi baterai. Di satu sisi, karena polarisasi kecil pada laju rendah, efek polarisasi menunjukkan sedikit perbedaan sebelum dan sesudah doping. Namun, jumlah bahan aktif menurun setelah doping, menghasilkan kapasitas spesifik yang lebih rendah. Di sisi lain, karena polarisasi besar pada laju tinggi dan peningkatan koefisien difusi ion litium, LiNi0,5 yang didoping Jn1,5 O4 katoda menunjukkan kapasitas spesifik yang lebih tinggi. Hasil ini menunjukkan bahwa jumlah Cr
3+
. yang sesuai , B
−
co-doping dapat menghasilkan stabilitas bersepeda yang sangat baik dan kapasitas laju.
Performa bersepeda LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0.025, 0.05, 0.075) pada tingkat yang berbeda
Gambar 7 dengan jelas menunjukkan kinerja bersepeda LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 sampel setelah 50 siklus pada 2 C. Kapasitas debit awal LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 dan LiNi0,5 Jn1,5 O4 adalah 123,62 dan 114,77 mAh g
−1
, masing-masing, menunjukkan bahwa LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 memiliki kapasitas pelepasan awal yang lebih tinggi daripada LiNi yang tidak didoping0,5 Jn1,5 O4 . Akibatnya, LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 dapat menghasilkan kapasitas pengosongan reversibel sebesar 121,02 mAh g
−1
dengan retensi kapasitas 97,9% setelah 50 siklus, sedangkan LiNi0,5 Jn1,5 O4 hanya mempertahankan kapasitas pengosongan reversibel sebesar 106,24 mAh g
−1
dengan retensi kapasitas sebesar 92,6%. Retensi kapasitas LiCr0,025 Ni0,4875 Mn1,4875 O3,95 F0,05 dan LiCr0,075 Ni0,4625 Mn1,4625 O3,95 F0,05 masing-masing adalah 95,0 dan 94,5%, yang menunjukkan bahwa LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 memiliki retensi kapasitas yang baik pada tingkat tinggi di antara semua sampel. Bahan yang didoping memiliki tingkat retensi kapasitas yang lebih tinggi karena energi ikatan Cr-O, yang lebih kuat dari energi ikatan Ni-O dan Mn-O dan menstabilkan struktur spinel. Selain itu, merebut kapasitas elektronik F
−
lebih kuat dan lebih stabil setelah berikatan dengan Ni, Mn, dan Cr, sehingga meningkatkan stabilitas struktur spinel. Sementara itu, doping juga mengurangi erosi material oleh HF dalam larutan elektrolit dan hilangnya zat aktif secara ireversibel selama proses siklus. Wang dkk. [30] melaporkan bahwa LiNi0,4 Cr0,15 Mn1,45 O4 dapat menghasilkan kapasitas pengosongan reversibel sebesar 139,7 mAh g
−1
setelah 40 siklus, sesuai dengan retensi kapasitas sebesar 97,08%. Li dkk. [31] melaporkan kapasitas debit awal LiNi0,5 Jn1,5 O3.9 F0.1 pada 0,1, 0,5, 1, 2, dan 5 C adalah 129,07, 123,59, 118,49, 114,49, dan 92,57 mAh g
−1
, masing-masing.
Performa bersepeda LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0,025, 0,05, 0,075) pada 2 C
Analisis yang lebih rinci dari kinerja elektrokimia dilakukan oleh CV dan EIS. Gambar 8 menunjukkan kurva CV LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 dan fase murni LiNi0,5 Jn1,5 O4 . Beda potensial kedua bahan ini adalah 0,298 V. LiNi0,5 Jn1,5 O4 potensial puncak oksidasi adalah 4,861 V, sedangkan potensi puncak reduksi adalah 4,563 V. Arus puncak oksidasi (IPa ) adalah 2,242 mA, dan arus puncak reduksi (IPc ) adalah 2,288 mA, dan dengan demikian IPa /AkuPc rasionya adalah 0,9799. LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 potensial puncak oksidasi adalah 4,864 V, potensi puncak reduksi adalah 4,578 V, dan beda potensial adalah 0,286 V. IPa adalah 1,273 mA, IPc adalah 1,277 mA, dan IPa /AkuPc rasionya adalah 0,9968 (sekitar 1). Hasil di atas menunjukkan bahwa bahan co-doping memiliki reversibilitas yang baik dari interkalasi/deinterkalasi ion litium dan meningkatkan efisiensi coulombik.
Voltammogram siklik dari LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05
Gambar 9 menunjukkan pola EIS dari sampel. Semua spektrum EIS pada gambar terdiri dari dua setengah lingkaran di wilayah frekuensi tinggi hingga menengah dan garis miring di wilayah frekuensi rendah. Setengah lingkaran di wilayah frekuensi tinggi sesuai dengan ion litium yang melewati hambatan lapisan permukaan elektrolit (Rs ). Setengah lingkaran di wilayah frekuensi menengah sesuai dengan resistansi transfer muatan (Rct ), dan garis miring di wilayah frekuensi rendah adalah impedansi Warburg (Zw ), yang terkait dengan difusi ion lithium dalam bahan. Seperti yang terlihat pada Gambar. 7, doping menurunkan Rs , yang berkontribusi pada peningkatan difusivitas ion litium, konduktivitas, dan kemampuan laju bahan.
Pola EIS dari LiNi0,5 Jn1,5 O4 dan LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0,025, 0,05, 0,075)
Plot Nyquist dari analog rangkaian ekivalen yang dipasang oleh perangkat lunak ZsimpWin ditunjukkan pada Gambar. 10. Dalam rangkaian ini, Re dan Rs mewakili tahanan elektrolit dan tahanan kontak antar muka partikel dari film SEI. Rct adalah resistansi transfer muatan, dan Zw singkatan dari impedansi Warburg yang disebabkan oleh difusi ion lithium. CPEs dan CPEdl adalah elemen fase konstan dari membran elektrolit padat dan kapasitansi lapisan ganda dari antarmuka elektroda-elektrolit, masing-masing [32]. Parameter pemasangan analog rangkaian ekivalen dirangkum dalam Tabel 2.
Rangkaian ekivalen untuk plot Nyquist
Studi sebelumnya telah menyarankan bahwa koefisien difusi ion lithium dikaitkan dengan faktor Warburg, yang dapat dihitung dengan garis miring di wilayah frekuensi rendah. Koefisien difusi ion litium dihitung dengan aturan Fick menggunakan persamaan berikut:[33]
dimana D adalah koefisien difusi ion litium, T adalah suhu mutlak, R adalah konstanta gas, A adalah luas permukaan elektroda, n adalah nomor transfer elektron, F adalah konstanta Faraday, C adalah konsentrasi molar ion litium, dan adalah faktor Warburg, yang merupakan kemiringan garis miring pada Gambar. 7.
Seperti yang terlihat pada Tabel 2, Rs nilai sampel yang didoping sangat menurun dibandingkan dengan sampel yang tidak didoping, dan Rs nilai LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 menurun sangat. Penurunan Rs nilai menunjukkan bahwa Cr
3+
, B
−
co-doping dapat menghambat pertumbuhan film SEI sampai batas tertentu, yang mungkin disebabkan oleh F
−
reaksi samping antara bahan elektroda dan larutan elektrolit. Nilai resistansi transfer muatan yang lebih rendah menunjukkan polarisasi elektrokimia yang lebih rendah, yang akan menghasilkan kemampuan laju yang lebih tinggi dan stabilitas siklus. LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 menunjukkan R lowest terendah ct nilai (24,9 Ω) dan koefisien difusi litium tertinggi (1,51 × 10
−10
cm
2
s
−1
) di antara semua sampel, menunjukkan bahwa polarisasi elektrokimianya adalah yang terendah dan mobilitas ion litium LiNi0,5 Jn1,5 O4 dapat ditingkatkan secara efektif dengan substitusi senyawa anion-kation. EIS juga dapat digunakan untuk membandingkan ukuran konduktivitas elektronik. Resistensi transfer muatan yang lebih kecil dari Cr
3+
dan F
−
co-doping LiNi0,5 Jn1,5 O4 menunjukkan konduktivitas elektronik yang lebih besar daripada LiNi murni0,5 Jn1,5 O4 . Konduktivitas elektronik LiNi0,5 Jn1,5 O4 sekitar 3,88 × 10
−5
S cm
−1
, sedangkan konduktivitas elektronik LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0.025, 0.05, 0.075) sampelnya adalah 6.19 × 10−
5
S cm
-1
, 1,25 × 10
-4
S cm
−1
, dan 5,98 × 10
−5
S cm
−1
, masing-masing. Faktanya, LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 memiliki kinerja elektrokimia terbaik di antara keempat sampel. Penurunan Rct dan peningkatan D menunjukkan bahwa jumlah Cr
3+
. yang tepat , B
−
co-doping memiliki efek positif pada aktivitas reaksi elektrokimia material.
Kesimpulan
Cr
3+
, B
−
analog co-doped dari LiNi0,5 Jn1,5 O4 (LiCrx Ni0,5−0,5x Mn1,5−0,5x O3,95 F0,05 (x = 0,025, 0,05, 0,075)) disintesis dengan metode keadaan padat suhu tinggi. Pola XRD material menunjukkan bahwa Cr
3+
dan F
−
berhasil mengganti beberapa Ni
2+
, Jn
4+
, Jn
3+
, dan O
2-
atom dalam bahan spinel, dan tidak ada puncak pengotor. Kapasitas debit spesifik LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 pada 0,1, 0,5, 2, 5, dan 10 C adalah 134,18, 128,70, 123,62, 119,63, dan 97,68 mAh g
−1
, masing-masing. Kapasitas debit spesifik adalah 121,02 mAh g
−1
setelah 50 siklus pada 2 C, yang merupakan 97,9% dari kapasitas debit awal. Tingkat retensi kapasitas LiCr0,05 Ni0,475 Jn1.475 O3,95 F0,05 adalah yang terbesar di antara sampel. Bahan memiliki kristalinitas yang baik, dan jumlah spinel oktahedral terbesar terdistribusi dengan baik. Cr
3+
, B
−
co-doping bahan secara signifikan meningkatkan kapasitas debit spesifik pada tingkat yang lebih tinggi, meningkatkan stabilitas bersepeda, meningkatkan reversibilitas ion lithium, dan mengurangi nilai impedansi.
