鋰離子電池正極材料LiNi1-3Co1-3Mn1-3O2的制備與摻雜改性研究.pdf

1、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有成本低、合成容易、放電容量高、放電電壓范圍寬、循環(huán)壽命長(zhǎng)、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，成為目前鋰離子電池最有潛力的正極材料。然而其缺點(diǎn)在于振實(shí)密度較低，高電壓下電化學(xué)性能較差。研究表明，對(duì)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2進(jìn)行摻雜或包覆改性可以改善其電化學(xué)性能。本文對(duì)材料的制備和改性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
　　本文采用共沉淀法制備NiCoMn(OH)1/31/31/32前驅(qū)體，結(jié)合高溫焙燒制備LiN

2、i1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料。詳細(xì)討論了pH值、氨水濃度、合成時(shí)間、焙燒溫度和鋰與過(guò)渡金屬摩爾對(duì)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2形貌、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行摻雜改性研究。通過(guò)振實(shí)密度(Tap-Density)、粒度分布(ParticleSizeDistribution)、掃描電鏡(ScanningElectronMicroscope)及X射線衍射(X-RayDiffraction)分析產(chǎn)物的形貌及結(jié)構(gòu)

3、；采用X射線光電子能譜(X-RayPhotoelectronSpectra)分析材料中過(guò)渡金屬離子的價(jià)態(tài)；采用電化學(xué)測(cè)試研究合成材料的充放電比容量、循環(huán)及倍率性能；采用循環(huán)伏安(CyclicVoltammetry)及電化學(xué)阻抗譜(ElectrochemicalImpedanceSpectroscope)簡(jiǎn)單分析了材料的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。
　　研究表明，當(dāng)pH值為12，氨水濃度為0.36mol·L，合成時(shí)間為24h，焙燒溫度為900℃

4、，鋰與過(guò)渡金屬摩爾比為1.1時(shí)，LiNiCoMnO1/31/31/32具有完整的球形形貌，顆粒粒度分布窄，振實(shí)密度可達(dá)2.09g·cm-3。XRD結(jié)果顯示材料層狀結(jié)構(gòu)明顯，陽(yáng)離子混排程度小。XPS結(jié)果表明，前驅(qū)體NiCoMn(OH)1/31/31/32中Ni、Co和Mn離子的價(jià)態(tài)均為+2價(jià)；LiNiCoMnO1/31/31/32中Ni、Co和Mn離子的價(jià)態(tài)分別為+2、+3和+4價(jià)。電池的首次放電容量為147.04mAh·g-1-1(2.

5、8～4.3V)和173.27mAh·g(2.8～4.6V)，-1100th容量保持率為94.95％和77.02%。摻雜Cr后，材料的振實(shí)密度可達(dá)到2.51g·cm-3，相應(yīng)的體積比容量為327.18mAh·cm。EIS表明，摻雜Cr、F-3后，材料的電化學(xué)反應(yīng)電阻明顯降低，從而有利于鋰離子的擴(kuò)散及遷移，電池在4.6V截止電壓下的第50次容量保持率分別為87.69％和108.67％，高于未摻雜時(shí)的第50次容量保持率(83.35％)。同時(shí)倍