鋰離子電池正極材料LiCo1-3Ni1-3Mn1-3O2的合成及改性研究.pdf

1、鋰離子電池正極材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2因結(jié)合了LiCoO2的穩(wěn)定性，LiNiO2的高容量性和LiMnO2的低成本性，且擁有優(yōu)異的安全性能，被認(rèn)為是取代LiCoO2的新型鋰離子電池正極材料之一，成為了人們研究的重點(diǎn)。但同時(shí)LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2也存在因成分比較復(fù)雜引起微觀結(jié)構(gòu)難以調(diào)控，陽(yáng)離子混排嚴(yán)重，且高電壓、高倍率電化學(xué)性能不佳等缺點(diǎn)。因此，尋找制備LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2結(jié)構(gòu)完整和性能優(yōu)

2、良的工藝方法、改善其高倍率及循環(huán)性能成為了研究的重點(diǎn)。
　　鑒于此，本論文首先以Li2CO3、NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O、2CoCO3·3Co(OH)2·H2O和MnCO3為實(shí)驗(yàn)原料，采用機(jī)械球磨-高溫固相法，研究了燒結(jié)溫度、預(yù)合成過(guò)程、球磨方式等因素對(duì)鋰離子電池正極材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，從而確定制備結(jié)構(gòu)完整和性能優(yōu)良的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的工藝方法；

3、之后研究了最佳工藝參數(shù)制備的樣品在高電壓、高倍率下的電化學(xué)性能，以及容量快速衰減的原因；最后還通過(guò)Zr摻雜、碳包覆及LiMn0.6Fe0.4PO4/C共混等方式改善LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正極材料的倍率和循環(huán)性能，并揭示了共混改性的機(jī)理。本文得到的結(jié)論如下：
　　1)采用機(jī)械球磨-高溫固相法成功制備了LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正極材料，最佳工藝參數(shù)為：乙醇介質(zhì)下濕磨、500℃預(yù)合成5h，900℃高溫固相燒

4、結(jié)5h。該工藝制備的正極材料在2.7～4.5V、0.2C、1C和2C倍率下的首次放電比容量分別是171.2mAh/g、125.7mAh/g和113.7mAh/g，50次循環(huán)后的容量保持率分別為88％、64%和48%。高電壓、高倍率下容量快速衰減是因?yàn)檠h(huán)過(guò)程中陽(yáng)離子發(fā)生了嚴(yán)重的混排，及材料的顆粒表面附著的沉積物引起的。
　　2)基于上述LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正極材料衰減機(jī)理，通過(guò)Zr摻雜增大晶胞體積，穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu)，

5、改善材料的高倍率性能。制備了Zr摻雜LiCo1/3Ni1/3Mn1/3-xZrxO2(x=1/100、1/50、1/40、1/20和1/10)正極材料，結(jié)果顯示：x=1/40時(shí)性能改善更加突出，0.2C、1C和2C倍率下該材料首次放電比容量分別是172.5mAh/g、142.9mAh/g和123.1mAh/g；50次循環(huán)后容量保持率分別是95.1%、84%和76%。
　　3)選用葡萄糖為碳源，實(shí)現(xiàn)LiCo1/3Ni1/3Mn1/3

6、O2表面的碳包覆，提高材料電導(dǎo)率，改善正極材料的循環(huán)性能。綜合分析，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%葡萄糖的正極材料對(duì)高倍率下(1C及1C以上倍率)的循環(huán)性能的改善更加突出。0.2C、1C和2C倍率下，其材料首次放電比容量分別是162mAh/g、115.1mAh/g和110.7mAh/g；50次循環(huán)后容量保持率分別是95%、92%和90%。
　　4)選擇倍率性能、循環(huán)性能優(yōu)異的LiFe0.4Mn0.6PO4/C正極材料，對(duì)LiCo1/3Ni