鋰離子電池正極材料鋰鎳氧及其摻雜化合物的制備與研究.pdf

1、隨著無線電子終端設(shè)備的不斷普及,市場(chǎng)對(duì)可充高能量密度電池的需求量越來越大,而這些又極大地推動(dòng)了鋰離子電池地迅猛發(fā)展.眾所周知,目前市場(chǎng)上商品化的鋰離子電池正極材料是LiCoO<,2>.然而鈷有毒,同時(shí)價(jià)格昂貴.不少研究者開始研究其他的嵌鋰氧化物來取代LiCoO<,2>.LiNiO<,2>及其摻雜化合物以其較低的價(jià)格及更高的比容量被普遍認(rèn)為是最有可能取代LiCoO<,2>的正極材料.采用化學(xué)共沉淀-高溫固相合成工藝制備出了單相的LiNiO

2、<,2>、LiNi<,1-x>Co<,x>O<,2>、LiNi<,0.8>Co<,0.2-x>Al<,x>O<,2>等鋰離子電池正極材料.結(jié)合X-射線衍射、掃描電鏡及充放電測(cè)試,系統(tǒng)地考查了不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)產(chǎn)物物理性能和電化學(xué)性能地影響.采用化學(xué)共沉淀法制備出了粒度分布均勻、接近理論配比的中間產(chǎn)物Ni(OH)<,2>、Ni<,1-x>Co<,x>(OH)<,2>以及Ni<,0.8>Co<,0.2-x>Al<,x>(OH)<,2+x>.以制

3、備得到的中間產(chǎn)物與LiOH·H<,2>O為原料來制備正極材料.為了提高反應(yīng)活性,反應(yīng)物在加熱以前先進(jìn)行了球磨活化預(yù)處理,然后送入管式爐中在600~850℃、6~24h條件下進(jìn)行熱處理.升溫和降溫速率均為200℃/h.化學(xué)計(jì)量的LiNiO<,2>很難合成.在溫度低于700℃時(shí),反應(yīng)速度很慢,很難合成得到晶型完整的產(chǎn)物;在溫度高于720℃時(shí)又容易發(fā)生六方晶型向無電化學(xué)活性的立方晶型的轉(zhuǎn)變.本實(shí)驗(yàn)表明在700℃下煅燒1 6h可以得到物理及電化

4、學(xué)性能良好的正極材料.部分鈷取代鎳對(duì)正極材料鋰鎳氧晶體結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能影響明顯.隨著鈷的加入,晶格常數(shù)減小同時(shí)c/a值增大,表明二維層狀結(jié)構(gòu)及電化學(xué)穩(wěn)定性提高.SEM圖表明LiNi<,0.8>Co<,0.2>O<,2>晶粒隨反應(yīng)溫度的升高、時(shí)間的延長(zhǎng)而長(zhǎng)大.隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng),LiNi<,0.8>Co<,0.2>O<,2>材料的電化學(xué)性能提高.在750℃下合成24h得到的LiNi<,0.8>Co<,0.2>O<,2>具有良好的電化學(xué)性能.在