鋰離子電池錳基正極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成功應(yīng)用于便攜式小型電子設(shè)備中，并且正在向大型的能量轉(zhuǎn)換和能量儲(chǔ)存裝置如電動(dòng)汽車以及混合動(dòng)力電動(dòng)車領(lǐng)域發(fā)展。但是，目前的鋰離子電池性能仍不能滿足日益增長的應(yīng)用需求。為了提高鋰離子電池的性能，發(fā)展新型的鋰離子電池正極材料、并進(jìn)行合理匹配和構(gòu)建全電池，研究其電化學(xué)性能，具有重要意義。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1、通過調(diào)控體系中乙醇-水混合溶劑配比，采用共沉淀法得到長徑比可調(diào)的草酸

2、鹽MC2O4·xH2O(M=Li、Ni、Co、Mn)棒狀前驅(qū)體，經(jīng)過焙燒后制得一維多孔微納多級結(jié)構(gòu)的0.5Li2MnO30.5LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2富鋰錳基材料。研究了四種不同長徑比的富鋰錳基正極材料電化學(xué)性能。結(jié)果顯示:產(chǎn)物的長徑比隨著乙醇-水的體積比的增加而增加;當(dāng)調(diào)控反應(yīng)體系中乙醇-水的體積比為5∶1時(shí)，得到長徑比為6∶1的一維多孔微納多級結(jié)構(gòu)的富鋰錳基正極材料具有更好的電化學(xué)性能。在0.1C和10C倍率下，放電比

3、容量分別為297.1和151.0 mAhg-1，首次庫倫效率達(dá)86％，在2C倍率下、循環(huán)100次后其容量保持率達(dá)97％。該材料優(yōu)異的電化學(xué)性能主要?dú)w因于:一維棒狀微納多級結(jié)構(gòu)有利于材料中電子和鋰離子遷移，而多孔結(jié)構(gòu)則有利于電解液的擴(kuò)散。
　　2、采用乙醇-水混合溶劑體系共沉淀方法得到兩種碳酸鹽MCO3·xH2O(M=Ni、Mn)球形前驅(qū)，經(jīng)固相與LiOH·H2O混合及熱處理后，分別制備出LiNi0.5Mn1.5O4微納結(jié)構(gòu)空心球和

4、微米粒子正極材料，并研究其電化學(xué)性能。結(jié)果顯示:LiNi0.5Mn1.5O4微納結(jié)構(gòu)空心球在0.1C倍率下，在25℃、0℃和-20℃不同溫度下，其放電比容量分別為128.9、125.3和113.5 mAh g-1。在20 C和30 C大倍率下，LiNi0.5Mn1.5O4微納結(jié)構(gòu)空心球仍具有高達(dá)120.0和100.0 mAh g-1的放電比容量。與微米粒子相比，空心球微納結(jié)構(gòu)LiNi0.5Mn1.5O4有利于縮短材料中電子和鋰離子遷移路

5、徑，易于遏制在充放電過程中材料的體積膨脹，而提高材料的倍率和循環(huán)性能。
　　3、以在銅集流體基底上生長的CuO納米棒薄膜作為負(fù)極片，高電壓材料LiNi0.5Mn1.5O4作為正極，采用負(fù)極受限的方式，構(gòu)建CuO/LiNi0.5Mn1.5O4全電池。避免了將過渡金屬氧化物進(jìn)行預(yù)活化處理組裝全電池的繁瑣步驟，簡化鋰離子電池的制作過程，并能夠利用正極活性材料脫出而不能回嵌的鋰離子作為過渡金屬負(fù)極首次放電過程中形成SEI膜時(shí)所需要的鋰源。

6、結(jié)果表明:當(dāng)正極片和負(fù)極片的容量比為1.2∶1時(shí)，在0.1C電流密度下，CuO/LiNi0.5Mn1.5O4全電池的放電比容量為660 mAh g-1（按負(fù)極活性物質(zhì)的量計(jì)算），能量密度為217 Wh kg-1（按正負(fù)極材料容量的調(diào)和平均值計(jì)算）。在10C大倍率下，CuO/LiNi0.5Mn1.5O4全電池仍具有240 mAh g-1的放電比容量，且在0.5 C倍率下循環(huán)100次后其容量保持率達(dá)到84％。優(yōu)異的電化學(xué)性能主要?dú)w因于:基于