高容量鋰離子電池正極材料鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物的制備和性能研究.pdf

1、自鋰離子電池正極材料鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物xLi[Li1/3Mn2/3]O2·(1-x)LiMO2(M=Ni,Co,Mn)提出以來(lái)，其憑借容量高、熱穩(wěn)定性能好、充放電壓寬等優(yōu)良的電化學(xué)性能以及成本低、環(huán)境友好的綜合性?xún)?yōu)勢(shì)受到了廣泛的關(guān)注，其中xLi[Li1/3Mn2/3]O2·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2材料更成為了該領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者研究的熱點(diǎn)，被視為下一代鋰離子動(dòng)力電池正極材料的理想之選。論文首先對(duì)xLi[Li1/3M

2、n2/3]O2·(1-x)Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2材料體系進(jìn)行了成分優(yōu)化，確定Li[L102Mn0.54N10.13Co0.13]O2，即0.6Li[Li1/3Mn2/3]O2.0.4Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2為主要研究目標(biāo)，考察了不同原料對(duì)Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2材料性能的影響，確定了LiOH·H2O、Ni(OH)2、Mn3O4、Co3O4為原料。
　　 論文

3、采用固相法結(jié)合機(jī)械活化的制備工藝，并對(duì)機(jī)械活化時(shí)間、焙燒溫度和焙燒時(shí)間等工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，合成了性能優(yōu)良的Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2材料，優(yōu)化后的合成工藝條件為：球磨時(shí)間為4h，焙燒溫度為900℃，焙燒時(shí)間為10h。結(jié)合SEM、XRD、恒電流充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等測(cè)試分析方法對(duì)所合成的Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2材料的形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究。Li[Li0.

4、2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2材料在55℃，2～4.8V的電壓范圍，60mA/g電流的充放電條件下，材料的初始容量為286.2mAh/g，循環(huán)性能優(yōu)良，前30次循環(huán)容量保持率為99.79％，后繼以150mA/g充放電，經(jīng)20次循環(huán)容量無(wú)衰減；在40℃、25℃時(shí)，樣品容量比55℃時(shí)稍低，但循環(huán)性能表現(xiàn)良好；而在10℃和0℃時(shí)，雖然樣品循環(huán)性能表現(xiàn)較好，但比容量卻大幅度下降，可知Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13C00.

5、13]O2材料具有對(duì)溫度敏感性強(qiáng)的特性。
　　 論文采用同相法結(jié)合機(jī)械活化工藝合成了xLi[Li1/3Mn2/3]O2·(1-x)Li[Ni0.4Co0.2Mn0.4]O2和xLi[Li1/3Mn2/3]O2·(1-x)Li[Ni0.5Mn0.5]O2材料，并對(duì)這兩種系列材料的晶型結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行了初步的研究，ICP、SEM、XRD和充放電測(cè)試等分析結(jié)果表明：采用機(jī)械活化結(jié)合固相法成功合成了xLi[Li1/3Mn2/3]O2

6、·(1-x)Li[Ni0.4Co0.2Mn0.4]O2和xLi[Li1/3Mn2/3]O2·(1-x)Li[Ni0.5Mn0.5]O2材料。分別以x=0.2、0.4、0.6和0.8及其對(duì)應(yīng)的兩系列材料進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試，當(dāng)鋰離子電池正極材料x(chóng)Li[Li1/3Mn2/3]O2·(1-x)Li[Ni0.4Co0.2Mn0.4]O2在55℃，60mA/g條件下充放電時(shí)，x=0.2樣品的容量最高，循環(huán)性能最好，在150mA/g條件下時(shí)，x=0

7、.2樣品也表現(xiàn)出了相對(duì)較好的電化學(xué)性能；當(dāng)鋰離子電池正極材料x(chóng)Li[Li1/3Mn2/3]O2·(1-x)Li[Ni0.5Mn0.5]O2在55℃，60mA/g條件下充放電時(shí)，x=0.4樣品的放電比容量最高，循環(huán)性能最好，在150mA/g條件下時(shí)，x=0.4樣品也表現(xiàn)出了相對(duì)較好的電化學(xué)性能。
　　 論文研究結(jié)果表明，采用機(jī)械活化結(jié)合固相法合成鋰離子電池復(fù)合正極材料，不僅操作簡(jiǎn)單，合成周期短，成本低廉，而且合成的正極材料也具有完