Li-Ni-Mn-O系鋰離子電池正極材料納米化及其電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池在電子系統(tǒng)、軍事、航天和電動汽車等領域有著廣泛的應用。正極材料的研制是鋰離子電池技術(shù)的關鍵技術(shù)之一。雖然LiCoO2由于容量高，可逆性和倍率性好成為商業(yè)化鋰離子電池的主要正極材料，但其成本高，Co有毒，人們努力尋找一種可替換材料。材料的納米化呈現(xiàn)了多種新型物理特性。納米電極材料在晶體結(jié)構(gòu)、顆粒形貌及電化學性能等方面均表現(xiàn)出特殊的行為，也引起了各國學者的廣泛關注?；趯︿囯x子電池正極材料納米化可能出現(xiàn)的物理現(xiàn)象的認識和剖析為目的

2、，本文以LiNi0.5Mn0.5O2為體系對象，采用檸檬酸輔助溶膠-凝膠法制備納米鋰離子電池正極材料，優(yōu)化最佳制備工藝，并采用多種測試表征手段對其結(jié)構(gòu)性能進行研究，深入探討電極材料納米化對電化學性能的影響。 本文開展的研究內(nèi)容包括：納米結(jié)構(gòu)形成方法與工藝、組成變化對結(jié)構(gòu)和性能的影響。嘗試通過將正極材料納米化以后，在保持其具有較高容量及循環(huán)性能的基礎上，通過細化晶粒，進而縮短鋰離子在其內(nèi)部的擴散路徑，增大比表面積降低大電流下有效電

3、流密度，從而提高材料的大電流倍率性能。實驗在考察了不同的Li的摻入量，煅燒溫度，保溫時間等合成條件后，結(jié)果表明：初始原料中Li/(Mn+Ni)摩爾比為1.05,在900℃下煅燒10h所制得樣品結(jié)構(gòu)與電化學性能最佳。產(chǎn)物顆粒均勻，粒徑在80nm左右。在2.5～4.5V之間，20mA/g的電流放電，體現(xiàn)出極佳的容量及循環(huán)保持率。與微米級材料相比，所合成納米LiNi0.5Mn0.5O2電極材料的大電流倍率性能有較大的改善。采用電勢階躍法測量所

4、合成納米LiNi0.5Mn0.5O2電極中的表觀鋰離子擴散系數(shù)，從理論上驗證了納米化后晶粒尺寸減小對增大鋰離子擴散系數(shù)的促進作用。由于實驗中測得的具有最大表觀擴散系數(shù)的材料并非粒子尺寸最小的材料，于是本文在校正了尺度這一單純幾何因素對擴散系數(shù)的影響后，進一步探討了納米化后晶粒減小對材料本征擴散系數(shù)的影響。分析表明，材料的表觀擴散能力同時受材料粒子的尺寸因素以及本征擴散能力因素兩者共同影響，其變化規(guī)律是它們加合的結(jié)果。因此，在納米材料的制