鋰離子電池正極材料Li-Ni-Co-MN-O的制備和改性研究.pdf

1、鋰離子電池已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備，所以現(xiàn)在研究人員集中研究大容量的電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車，還有儲(chǔ)能領(lǐng)域。Li-Ni-Co-Mn-O正極材料被認(rèn)為是一種比較有前途的正極材料。與鈷酸鋰正極材料相比，層狀的Li-Ni-Co-Mn-O正極材料有很多優(yōu)勢(shì)，比如成本優(yōu)勢(shì)、高的放電容量和好的安全性能等。
　　本論文包括以下四部分工作:(1)采用化學(xué)共沉淀法合成前驅(qū)體材料，并用傳統(tǒng)高溫煅燒的方法制備了LiNi1/3Co1/3Mn

2、1/3O2樣品，然后通過(guò)濕化學(xué)方法在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料表面包覆Li2ZrO3。通過(guò)XRD、TEM、CV、PITT和電池充放電對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行表征。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)表面包覆之后的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)DLi+為7.9×10-7cm2·s-1，而LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的DLi+為7.13×10-9cm2·s-1。以50C的倍率進(jìn)行充放電測(cè)試，經(jīng)過(guò)包覆之后的材

3、料的首圈放電比容量為104.8 mAh·g-1，經(jīng)過(guò)100圈循環(huán)之后容量仍保持為89.3％。當(dāng)在20℃下進(jìn)行100圈充放電測(cè)試，經(jīng)過(guò)包覆Li2ZrO3之后的材料的容量保持率為73.8％，比LiNi1/3Co1/3Mn1/3O29.9％的容量保持率高出很多。從上面可以看出Li2ZrO3包覆對(duì)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在不同工作溫度下的高倍率性能和循環(huán)性能的提高有很大的作用。(2)用靜電紡絲法制備了LiNi0.4Co0.2M

4、n0.4O2納米纖維的前驅(qū)體材料，通過(guò)XRD、SEM、CV和電池充放電測(cè)試晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明在900℃下煅燒3h有最好的α-NaFeO2單相層狀結(jié)構(gòu)和最好的電化學(xué)性能。SEM可以看出靜電紡絲法很容易得到特殊的形貌，這種納米纖維的形貌使電極材料和電解液有更好的接觸，增大了電解液和電極材料的接觸面積。(3)采用濕法球磨-高溫固相法制備LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，研究了球磨珠和物料比、燒結(jié)時(shí)間與燒結(jié)溫度對(duì)合成樣品結(jié)構(gòu)與

5、性能的影響。通過(guò)XRD、SEM和充放電等電化學(xué)性能測(cè)試對(duì)所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明，優(yōu)化最佳實(shí)驗(yàn)條件制得的樣品具有良好的循環(huán)性能，在2.5～4.6V電壓區(qū)間內(nèi)，充放電電流值為17mA/g時(shí)，初始放電比容量為188.2mAh/g，30次循環(huán)后容量保持率為85％。(4)采用共沉淀法合成鎳錳酸鋰的前驅(qū)體，然后通過(guò)傳統(tǒng)高溫的方法正極材料LiNi0.5Mn1.5O4。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究在不同的反應(yīng)溫度、反應(yīng)物的濃度和反應(yīng)攪