Al、Mg和Mn-Mg摻雜對(duì)LiCoO-,2-和LiNi-,1-3-Mn-,1-3-Co-,1-3-O-,2-結(jié)構(gòu)、電化學(xué)和熱穩(wěn)定性能的影響.pdf

1、鋰離子電池因?yàn)楦吣芰棵芏?、長(zhǎng)循環(huán)壽命的特點(diǎn),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等一系列小型移動(dòng)式電子產(chǎn)品。最近幾年來(lái),鋰離子電池已經(jīng)開(kāi)始在電動(dòng)汽車(chē)和其他可再生能源(如風(fēng)能和太陽(yáng)能)的大容量?jī)?chǔ)能上得到快速應(yīng)用。然而,近年來(lái)用于筆記本電腦和手機(jī)中的鋰離子電池過(guò)熱著火事件已經(jīng)屢見(jiàn)不鮮,鋰離子電池的安全性問(wèn)題引起人們廣泛的關(guān)注。因此鋰離子電池的安全性問(wèn)題不僅是鋰離子電池在市場(chǎng)持續(xù)取得成功的關(guān)鍵,同時(shí)也是制約鋰離子電池向大型化、高能化方向

2、發(fā)展的瓶頸。
　　 目前,研究用作鋰離子電池正極材料的體系很多,但真正大規(guī)模工業(yè)化的還只有鈷酸鋰(LiCoO2)。LiMn2O4較LiCoO2原料相對(duì)低廉、材料熱穩(wěn)定性稍高,但是LiMn2O4的容量較低。LiFePO4合成原料資源豐富,成本低,對(duì)環(huán)境友好,容量高、循環(huán)性能好,但是其體積能量密度較低。新型的三元復(fù)合氧化物L(fēng)iNi1/3Mn1/3Co1/3O2與LiCoO2具有相同的結(jié)構(gòu),它具有LiCoO2優(yōu)點(diǎn)(穩(wěn)定循環(huán)性能和高能量

3、密度),而且低成本、安全性能突出,是下一代鋰離子電池正極材料有力的競(jìng)爭(zhēng)者。
　　 本文在對(duì)鋰離子電池及其正極材料研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)總結(jié)的基礎(chǔ)上,以鋰過(guò)渡金屬層狀氧化物L(fēng)iCoO2及LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2(NMC)為研究體系,通過(guò)體相摻雜的方法對(duì)其進(jìn)行改性,主要詳細(xì)研究了Al、Mg和Mn-Mg摻雜對(duì)LiCoO2及LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2兩個(gè)體系材料的結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能和安全性能影響。
　　 通過(guò)共

4、沉淀法制備Li[Co1-zAlz]O2和Li[Co1-zMgz]O2的前驅(qū)體Co-Al、Co-Mg共沉淀產(chǎn)物。當(dāng)摻雜離子為+2價(jià)時(shí),共沉淀產(chǎn)物中沒(méi)有LDH相出現(xiàn)。當(dāng)摻雜離子為+3價(jià)時(shí),產(chǎn)物中有LDH相生成。系統(tǒng)研究了不同Al含量對(duì)共沉淀產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的影響。
　　 用固相法和共沉淀法兩種方法合成Li[Co1-zAlz]O2(0≤z≤0.5),結(jié)果表明,采用共沉淀法合成樣品時(shí),能在更寬摻雜范圍得到單一相的樣品;當(dāng)摻雜量較高時(shí),固相合成法

5、不能使摻入離子在主體材料中更好的均勻分布。
　　 首次通過(guò)采用共沉淀法合成30個(gè)缺鋰、等化學(xué)計(jì)量比和鋰過(guò)量的Lix[Co1-zMgz]O2和Li(1-z)xMgz[Co1-zMgz]O2(0.9≤x≤1.2,0＜z＜0.2)體系樣品,單一相的樣品分布在0≤Mg/(Co+Mg)≤0.1和1.0≤Li/(Co+Mg)≤1.1范圍內(nèi)。通過(guò)元素分析和Rietveld精修,我們發(fā)現(xiàn)Mg不能進(jìn)入3a位的Li層。
　　 Al、Mg和M

6、n-Mg摻雜使LiCoO2及LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料的首次放電容量隨著Al、Mg和Mn-Mg摻雜量增加下降,但是所有樣品的循環(huán)壽命都在可接受的范圍內(nèi)。
　　 首次采用原位XRD(in-situ XRD)研究了LiCo0.7[MnMg]0.15O2在首次充放電過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化(電壓范圍:3.0～4.6V),結(jié)果表明首次充電至4.4V的時(shí)候,Li和O同時(shí)移出,這將永久的改變材料的結(jié)構(gòu),首次充放電循環(huán)結(jié)束,XRD衍射