制備與研究鋰離子電池富鋰錳基固溶體類正極材料的制備與研究.pdf

1、富鋰錳基固溶體材料因其具有高工作電壓,高放電容量(>250mAh g-1)以及高熱穩(wěn)定性等優(yōu)點而成為了新一代鋰離子電池的候選正極材料之一。但是,這類材料具有很高的首次不可逆容量,以及低電子電導率和離子電導率的特性使它無法獲得很好的倍率性能,同時,在充放電過程中材料會發(fā)生結構變化,使它的功率密度顯著降低,嚴重阻礙了它的實際應用。因此,科研人員通過使用不同的合成手段如高溫固相法,共沉淀法,微波法,水熱法,溶膠凝膠法,熔融鹽法,離子交換法等等

2、合成富鋰材料,對改善材料的缺陷取得了一定的效果。在此基礎上,本論文對離子交換方法合成富鋰材料進行了重點研究。開展的主要研究工作如下:
　　1、分別采用Li2MnO3以及NaxMnO2為離子交換前體材料,與不同過渡金屬離子進行離子交換反應,再通過高溫燒結合成富鋰正極材料。在所使用的過渡金屬離子(Ni, Fe, Co等)中,僅有Ni與這兩種前體材料交換合成的富鋰材料表現出了很好的電化學性能:(1)以Li2MnO3為前體材料時,隨著交換

3、溫度的升高材料的離子交換反應活性增大,當溫度達到100℃時,交換反應已經達到平衡狀態(tài)。這時再經過燒結合成的富鋰材料具有241mAh g-1的放電容量。(2)以NaxMnO2為前體材料時,隨著高溫鋰化時所選用鋰源熔點的升高,材料的電化學性能變差。由LiNO3為鋰源合成的富鋰材料具有最高的首次充放電容量(充電容量為290.8mAh g-1,放電容量為228.7mAh g-1)和最好的倍率性能(5C倍率下的放電容量為110.8mAh g-1)

4、,而通過Li2CO3為鋰源合成的材料則表現出了最低的首次充放電容量(充電容量為252.1mAh g-1,放電容量為191.4mAh g-1)和最差倍率性能(5C放電容量為97.6mAh g-1)。此外,在不同的環(huán)境氛圍下合成的材料也具有不同的電化學性能,其中采用熔鹽法制備的富鋰材料具有最高的放電容量。
　　2、引入球磨工藝來改善由 NaxMnO2為離子交換前體材料合成的富鋰材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的電化學性能。利用三

5、種不同的材料合成路線(1)離子交換,機械混合,燒結(Without-BM)(2)離子交換,球磨,燒結(EX-priority)(3)球磨,離子交換,燒結(BM-priority)。由于球磨過程的參與,合成的三種材料表現出了不同的電化學特性。在2.0~4.8V的電壓區(qū)間內,以0.1C(30mAh g-1)進行充放電循環(huán), Without-BM樣品表現出了240mAh g-1的可逆容量,且在循環(huán)80圈后沒有明顯的容量衰減。EX-priori

6、ty樣品則具有很好的倍率特性,1C放電容量為213.4mAh g-1,7C放電容量為136.4mAh g-1。但是,在0.1C倍率下循環(huán)80圈后,容量保持率僅為88.3％。BM-priority樣品表現出了介于前兩個樣品之間的綜合電化學性能。三個樣品間電化學性能的差異主要是由于球磨的引入造成的。我們的試驗數據表明,球磨的引入導致合成材料的形貌結構發(fā)生了改變,且造成了一定量的Na離子殘留在最終產物中。因此,通過控制形貌和Na在產物中的含量