高能量密度鋰離子電池改性高鎳三元正極材料研究.pdf

1、三元層狀鋰離子電池正極材料NCM因其具有較高的放電比容量、原料來源廣泛等優(yōu)點備受人們青睞。但傳統(tǒng)的NCM三元材料因其鎳含量較低，材料的比容量偏低，而且輸出電壓低，導致電池的能量密度較低。本文以三元正極材料體系中的高鎳材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2為研究對象，采用共沉淀法進行制備，并通過摻雜改性來探究其電化學性能的改善，從而提高材料的能量密度。
　　本文通過優(yōu)化材料的制備條件得到了LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正

2、極材料，并探究了不同比例Al、F元素共摻雜對材料電化學性能的影響。采用了XRD、SEM、TGA、EDS、XPS、CV和EIS等多種分析測試手段對材料的結構、形貌和電化學性能進行了系統(tǒng)研究。主要研究內(nèi)容及結果如下：
　?。?）高鎳正極材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的制備。采用共沉淀法制備出了三元材料前驅(qū)體Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2，由SEM圖可知前驅(qū)體呈球形，由一次顆粒堆積而成。分別研究了溫度、時間以及不同

3、鋰配比對合成材料物化性能的影響。得到的最優(yōu)合成條件為：Li/(Ni+Co+Mn)摩爾配比1.10，氧氣氣氛下，500℃預燒5h，720℃燒結15h。由XRD分析可知，在該條件下所制備的材料具有較高的結晶度，陽離子混排程度較低。在2.7～4.3 V電壓范圍內(nèi)以0.5C進行充放電測試，初始放電比容量為165.0mAh·g-1，30次循環(huán)后容量保持率為89.6％。該條件下制備的正極材料在1C、2C及5C倍率下初始放電比容量分別為143.1、1

4、30.2和60.9mAh·g-1。
　?。?）采用Al、F元素共摻雜探究對材料電化學性能的影響。由XRD圖可知，Al、F共摻雜可有效提高材料的結晶度，降低陽離子混排程度，不同比例Al、F摻雜特征峰伴隨有不同程度的改變。實驗結果表明，當Al、F摻雜量分別為1%和2%時，所得材料表現(xiàn)出了最好的電化學性能，在2.7～4.3 V電壓范圍內(nèi)以0.5C進行充放電測試，初始放電比容量為187.9mAh·g-1，30次循環(huán)后容量保持率為98.8%