高容量富鋰正極材料li[li0.2ni0.2mn0.6]o2的制備與改性研究

1、 高容量 高容量富鋰 富鋰正極材料 正極材料 Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2 的制備 的制備與改性研究 與改性研究 Preparation and Modification of Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2 Li-rich Cathode Material with High Capacity 學(xué)科專(zhuān)業(yè)：化學(xué) 研 究 生：王丹 指導(dǎo)教師：陳麗 副教授 天津大學(xué)理學(xué)院 二零一三年六月 摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷

2、發(fā)展，能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。迫使人們一方面節(jié)能減排，大力發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)和混合電動(dòng)汽車(chē)；另一方面開(kāi)發(fā)新的可再生能源，如風(fēng)電、太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮堋⒊毕艿惹鍧嵞茉?。鋰離子電池以其優(yōu)異的性能被視為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的最佳選擇，也是最有希望應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能的電池技術(shù)之一。但是，作為鋰離子電池最主要正極材料，LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、Li2MnO4、LiFePO4 等實(shí)際比容量均低于 200 mAh· g

3、-1，致使電池的能量密度難以滿(mǎn)足下一代高容量高功率鋰離子電池的需求，因此，開(kāi)發(fā)新型高容量正極材料迫在眉睫。近年來(lái)，富鋰錳基正極材料由于具有高比容量而引起了廣泛關(guān)注。 本 文 采 用 共 沉 淀 - 煅 燒 法 制 備 了 層 狀 結(jié) 構(gòu) 的 富 鋰 錳 基 正 極 材 料x(chóng)Li2MnO3· (1-x)LiNi0.5Mn0.5O2，并對(duì)其進(jìn)行了 Mg、Zn 元素?fù)诫s和 ZnO、ZrO2表面包覆改性，結(jié)合 XRD、SEM、TEM、

4、循環(huán)伏安法、電化學(xué)阻抗、恒電流充放電測(cè)試等對(duì)合成材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究。主要包括以下幾部分工作： 采用共沉淀法制備前驅(qū)體 MnaNib(OH)2，通過(guò)球磨將前驅(qū)體與碳酸鋰以一定比例均勻混合，在空氣氣氛下進(jìn)行高溫煅燒制備得到富鋰層狀正極材料x(chóng)Li2MnO3· (1-x)LiNi0.5Mn0.5O2（x=0.4,0.5,0.6） ?？疾炝瞬煌滗嚵俊㈧褵郎囟?、保溫時(shí)間、成分等條件對(duì)富鋰正極材料結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性

5、能的影響，獲得了優(yōu)化工藝參數(shù)。結(jié)果表明，配鋰量、煅燒溫度及煅燒時(shí)間對(duì)富鋰材料有重要影響，隨煅燒溫度升高，保溫時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)物晶型越完整，一次粒子尺寸越大，層狀結(jié)構(gòu)越良好。當(dāng)碳酸鋰過(guò)量 8 wt.%，550 ℃保溫 5 h，900 ℃保溫 12 h，成分 x=0.5 時(shí)合成材料的電化學(xué)性能最佳。 基于以上結(jié)果，選取優(yōu)化條件制備富鋰正極材料 Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2，并對(duì)其進(jìn)行了 Mg2+，Zn2+摻雜改性，比較了在前驅(qū)體沉