鎳基正極材料lini0.8mn0.2o2的制備與改性研究

1、 分類號(hào)： 密 級(jí)： U D C： 學(xué) 號(hào)： 碩士學(xué)位論文 2016年5月29日鎳基正極材料 鎳基正極材料LiNi0.8Mn0.2O2的制備與改性研究 的制備與改性研究 Study on preparation and modification of Ni-rich cathode material LiNi0.8Mn0.2O2 學(xué) 位 類 別：______ 工學(xué)碩士 _______ 作 者 姓 名： 賴

2、美珍 學(xué) 科、專 業(yè)： 材料物理與化學(xué) 指 導(dǎo) 教 師： 鐘盛文教授 研 究 方 向： 鋰離子電池鎳基正極材料 江西理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 I 摘 要 隨著國(guó)家政策的扶持和市場(chǎng)的需求，新能源汽車發(fā)展迅速，鋰離子電池作為新能源電動(dòng)汽車的“心臟” ，其重要性日益顯著。如今，鎳基正極材料憑借高比容量、低成本的優(yōu)勢(shì)，成為動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)域的新興力量

3、，但是，鎳基正極材料也存在循環(huán)壽命不長(zhǎng)、安全性能低等問題。鑒于此，本文以Ni-Mn固溶的鎳基正極材料LiNi0.8Mn0.2O2為研究對(duì)象，探究最佳的合成工藝，并討論合成工藝對(duì)材料的物理化學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性能的影響。另外，為了進(jìn)一步提升LiNi0.8Mn0.2O2材料的性能，對(duì)其進(jìn)行了添加氧化物及摻雜鈷元素的改性，也討論了改性對(duì)材料的物理化學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性能的影響，并得出相對(duì)更優(yōu)的改性手段。 ⑴ 采用共沉淀法合成球形前軀體Ni0.8Mn0

4、.2(OH)2， 混合LiOH· H2O（過量10%） 通過高溫?zé)Y(jié)制備出鋰離子電池鎳基正極材料LiNi0.8Mn0.2O2。結(jié)果表明：800℃純氧氣氛（0.6L· min-1）下煅燒12小時(shí)合成的材料晶型完整，是典型的六方晶系α-NaFeO2型結(jié)構(gòu)，材料平均粒徑在10μm左右，該材料在25℃、2.75-4.2V、0.2C充放電條件下，首次放電比容量達(dá)173.6mAh· g-1，循環(huán)95次后，容量衰減9.3

5、%；當(dāng)截止電壓提高到4.3V時(shí)，循環(huán)100次后容量衰減10.4%。 ⑵ 添加氧化物可以改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性及高低溫放電性能，例如添加Al2O3的量為0.5%的材料，其循環(huán)性能優(yōu)于未添加的原始材料，在25℃、2.75-4.3V、0.2C循環(huán)100次后，容量衰減5.9%，該材料在55℃溫度下1C放電效率達(dá)69.3%，在-20℃溫度下0.2C放電效率達(dá)71.7%。材料添加1%ZrO2時(shí)，在25℃、2.75-4.3V、0.2C充放電條件下，首次

6、放電比容量達(dá)182.6mAh· g-1，循環(huán)100次后，容量衰減5.2%，該材料在55℃溫度下1C放電效率達(dá)71.3%，在-20℃溫度下0.2C放電效率達(dá)72.9%。 ⑶ 鈷摻雜可以有效提高材料的陽離子有序度，與未摻雜材料相比，摻鈷后的材料LiNi0.8CoxMn0.2-xO2(x=0.05, 0.1, 0.15)其循環(huán)穩(wěn)定性得到明顯提高，x=0.15的材料，在25℃、2.75-4.2V、1C充放電條件下，首次放電比容量達(dá)18

7、0.0mAh· g-1，循環(huán)300次后，容 量?jī)H 衰 減4.2%；在25 ℃ 、2.75-4.3V、0.2C充 放 電 條件 下 ， 首 次 放電 比 容 量達(dá)192.3mAh· g-1，100的循環(huán)的容量衰減為2.5%。該材料在55℃和-20℃條件下的放電性能也很優(yōu)越：在55℃溫度下1C放電效率達(dá)71.2%，在-20℃溫度下0.2C放電效率達(dá)77.1%。另外，采用XPS確定了LiNi0.8Co0.15Mn0.05O