Abstract LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (T-NCM) cathode material with hollow microsphere structure is synthesized by binary template method. The microspheres with diameters of about 2.5 μm and hollow interior structure with walls thickness of approximately 0.8 μm. When tested by half-cells, T-NCM material exhibits better electrochemical performances than LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (C-NCM) material prepared by co-precipitation method. Specifically, T-NCM sample delivers discharge capacities of 180.3, 148.5 and 127.8 mAh g− 1 at 0.2C, 5C and 10C rates between 3.0 and 4.3 V, respectively. After 100 cycles, capacity retention ratios at 0.2C and 5C are 86.58% and 82.63%, respectively. In addition, application property of the as-synthesized materials is evaluated by the fabrication of 18650 full batteries. The 18650 battery assembled with T-NCM material as the cathode achieves discharge capacities of 2138.8, 1870.2, and 1652.2 mAh at 0.5C, 5C and 10C rates under the voltage range of 2.75–4.2 V, respectively, with capacity retention rate maintained as high as 96.30% after 500 cycles at current of 2 A (1C), which are superior to that of 18650 battery fabricated with C-NCM as the cathode. The better processability of T-NCM is ascribed to the more uniform particle size distribution and smaller particle size. The excellent electrochemical performances of T-NCM electrode in half-cells and 18650 full batteries can be attributed to the unique hollow microspheres structure. This work illustrates that the T-NCM material is a promising candidate as cathode material for power lithium ion batteries.

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LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 空心微球-动力锂离子电池正极材料的合成、表征及应用

摘要 采用二元模板法合成了具有空心微球结构的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(T-NCM)正极材料。直径约为 2.5 μm 的微球和壁厚约为 0.8 μm 的中空内部结构。通过半电池测试，T-NCM 材料表现出比共沉淀法制备的 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (C-NCM) 材料更好的电化学性能。具体而言，T-NCM 样品在 3.0 和 4.3 V 之间的 0.2C、5C 和 10C 倍率下分别提供 180.3、148.5 和 127.8 mAh g-1 的放电容量。100 次循环后，0.2C 和 5C 下的容量保持率分别为 86.58% 和 82.63%。此外，合成材料的应用性能通过18650全电池的制造进行评估。以T-NCM材料为正极组装的18650电池在2.75-4.2 V电压范围下，在0.5C、5C和10C倍率下分别实现2138.8、1870.2和1652.2 mAh的放电容量，并保持较高的容量保持率在2 A（1C）的电流下循环500次后为96.30％，优于以C-NCM作为阴极制造的18650电池。T-NCM 更好的加工性能归因于更均匀的粒径分布和更小的粒径。T-NCM电极在半电池和18650全电池中优异的电化学性能可归因于其独特的空心微球结构。这项工作表明，T-NCM 材料是作为动力锂离子电池正极材料的有前途的候选材料。在2.75-4.2 V电压范围内，0.5C、5C和10C倍率下分别为2 mAh，在2 A（1C）的电流下循环500次后容量保持率保持高达96.30%，优于以 C-NCM 为正极制作的 18650 电池。T-NCM 更好的加工性能归因于更均匀的粒径分布和更小的粒径。T-NCM电极在半电池和18650全电池中优异的电化学性能可归因于其独特的空心微球结构。这项工作表明，T-NCM 材料是作为动力锂离子电池正极材料的有前途的候选材料。在2.75-4.2 V电压范围内，0.5C、5C和10C倍率下分别为2 mAh，在2 A（1C）的电流下循环500次后容量保持率保持高达96.30%，优于以 C-NCM 为正极制作的 18650 电池。T-NCM 更好的加工性能归因于更均匀的粒径分布和更小的粒径。T-NCM电极在半电池和18650全电池中优异的电化学性能可归因于其独特的空心微球结构。这项工作表明，T-NCM 材料是作为动力锂离子电池正极材料的有前途的候选材料。优于以C-NCM为正极制作的18650电池。T-NCM 更好的加工性能归因于更均匀的粒径分布和更小的粒径。T-NCM电极在半电池和18650全电池中优异的电化学性能可归因于其独特的空心微球结构。这项工作表明，T-NCM 材料是作为动力锂离子电池正极材料的有前途的候选材料。优于以C-NCM为正极制作的18650电池。T-NCM 更好的加工性能归因于更均匀的粒径分布和更小的粒径。T-NCM电极在半电池和18650全电池中优异的电化学性能可归因于其独特的空心微球结构。这项工作表明，T-NCM 材料是作为动力锂离子电池正极材料的有前途的候选材料。