Ni含量對富鋰Li[Li(1-x)-4NixMn3(1-x)-4]O2正極材料結(jié)構(gòu)與性能的影響研究.pdf

1、隨著新能源汽車的發(fā)展及應(yīng)用，高容量低成本的富鋰層狀氧化物將成為鋰離子電池理想的正極材料之一。富鋰材料結(jié)構(gòu)中的Li2MnO3在小于4.5 V（vs. Li/Li+）時，沒有電化學(xué)活性，不能貢獻(xiàn)比容量，但可以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；在大于4.5 V時具有富鋰材料的通性，比容量大于200 mA h g-1，因而富鋰材料大規(guī)模投入市場應(yīng)用仍有許多阻礙。通過提高Ni含量來改善無鈷富鋰材料的在4.35 V下的循環(huán)性能，迎合了電解液電化學(xué)穩(wěn)定性窗口的要求，本文基于

2、富鋰材料的上述特點，通過引入LiNiO2提高材料中的Ni含量改善其4.35 V下的電化學(xué)性能，研究了不同Ni含量Li[Li(1-x)/4NixMn3(1-x)/4]O2（x=0.3,0.4,0.5）的制備與性能，及Ni含量變化對其結(jié)構(gòu)及性能的影響，主要分為以下幾個方面：
　?。?）不同Ni含量的富鋰Li[Li(1-x)/4NixMn3(1-x)/4]O2的鎳錳氫氧化物前驅(qū)體沿著（001）晶面擇優(yōu)生長成針狀顆粒。隨著Ni含量的增大，

3、燒結(jié)溫度由950℃漸變至830℃。X射線光電子能譜分析表明 Mn元素保持+4價，Ni元素的+3價 Ni越來越多，與 Li[Li(1-x)/4NixMn3(1-x)/4]O2中的Ni含量變化趨勢相吻合。
　?。?）隨著Ni含量的增加，全電池在4.35 V，0.5C下充放電，首次放電比容量分別為128.4、139.2和146.0 mA h g-1，且100次循環(huán)幾乎沒有衰減。隨著Ni含量的減少，Li2MnO3越多，因而具有更高的放電比

4、容量，半電池在4.6 V，0.1C下充放電，放電比容量分別為245.2、228.8和213.7 mA h g-1，經(jīng)50次循環(huán)容量保持率分別為95.6％、93.8%和89.7%。隨著 Ni含量的增加，高溫及倍率性能依次降低。因而，提高 Ni含量可以改善富鋰材料在4.35 V電壓下的電化學(xué)性能。
　?。?）利用與 Li[Li0.175Ni0.3Mn0.525]O2相同鎳錳比的Ni0.36Mn0.64(OH)2前驅(qū)體制備了Li1+y[

5、Ni0.36Mn0.64]1-yO2。系統(tǒng)研究了不同鋰量對其結(jié)構(gòu)與性能的影響，當(dāng)y=0.175時，材料的首次放電比容量最高，材料中Li2MnO3成分的存在使得富鋰材料 Li1+y[Ni0.36Mn0.64]1-yO2在循環(huán)過程中更易向尖晶石相轉(zhuǎn)變。
　?。?）富鋰 Li[Li0.125Ni0.5Mn0.375]O2與相同鎳錳比的未富鋰 LiNi0.57Mn0.43O2對比發(fā)現(xiàn)，富鋰后的試樣在層狀結(jié)構(gòu)、循環(huán)穩(wěn)定性以及電荷轉(zhuǎn)移電阻均優(yōu)