高電壓鋰離子電池正極材料LiNi1-3Co1-3Mn1-3O2的制備.pdf

1、本文以Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2及Li2CO3為原料，利用高速混料機(jī)混合后，采用固相煅燒合成法制備LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料，優(yōu)化了制備過(guò)程中的煅燒溫度、煅燒時(shí)間、配鋰量等影響因素，以合成在高電壓下性能穩(wěn)定的正極材料。隨后對(duì)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料進(jìn)行了摻雜和包覆改性研究，通過(guò)XRD、SEM、ICP以及電化學(xué)測(cè)試對(duì)材料的晶型、形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行了分析，確定了最佳摻雜及包覆量，提高了LiN

2、i1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料在高電壓下的循環(huán)性能。
　　研究發(fā)現(xiàn)，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的最優(yōu)焙燒工藝為550℃下預(yù)燒5h，900℃下煅燒10h， n(Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2):n(Li)=1:1.04，在此條件下制備的材料在3.0-4.4V的電壓區(qū)間下，材料的首次充放電容量分別為194.4和173.2mAh/g，首次放電效率為89.1％，材料在0.2C、0.5C及2C容量分別為1

3、67.9、160.9及149.1mAh/g，1C下循環(huán)50周容量保持率為96.7%；但在3.0-4.6V的電壓區(qū)間下，循環(huán)穩(wěn)定性卻有明顯下降，降低至91.9%。
　　對(duì)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料分別進(jìn)行了Mg、Ti和Zr三種金屬元素的摻雜。研究發(fā)現(xiàn)，摻雜降低了材料的首次放電容量，但對(duì)材料的循環(huán)性能改善明顯。對(duì)摻雜量進(jìn)行了考察，結(jié)果表明1%摻Mg、3%摻Ti和1%摻Zr的樣品的電化學(xué)性能最佳。進(jìn)一步對(duì)摻雜元素進(jìn)行了考

4、察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1%摻Zr的樣品在3.0-4.6V的電壓范圍內(nèi)，1C的倍率下容量保持率優(yōu)于1%摻Mg和3%摻Ti的樣品。在此條件下，摻Zr的樣品首次充放電容量分別為226.0mAh g-1、196.1mAh g-1，首次充放電效率為86.7%，在1C下循環(huán)50次后容量保持率為95.2%(未摻雜材料為91.9%)。循環(huán)穩(wěn)定性的提高源于摻Zr的樣品在高電壓下循環(huán)過(guò)程中，提高了材料的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了材料的電荷轉(zhuǎn)移阻抗。
　　對(duì)LiNi1/

5、3Co1/3Mn1/3O2材料分別進(jìn)行了Al2O3和MgF2的包覆研究。選用不同的Al2O3源對(duì)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料進(jìn)行包覆，結(jié)果表明，以異丙醇鋁為鋁源包覆后的材料表面的Al2O3包覆層覆蓋的更加均勻和完整，更為有效地減少了電解液與正極材料的直接接觸，包覆后性能最佳。在此基礎(chǔ)上，對(duì)Al2O3包覆量進(jìn)行了考察，研究表明當(dāng)m(Al2O3):m(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)=2wt.%時(shí)，材料的電化學(xué)性能最佳