快離子導(dǎo)體包覆富鋰層狀及層狀-尖晶石復(fù)合正極材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰離子電池因其具有能量密度高、重量輕、環(huán)境友好、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電動工具、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。而隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，尤其是電動汽車的開發(fā)與應(yīng)用，要求鋰離子電池具有更高的比能量，傳統(tǒng)的正極材料難以滿足高能量密度的要求，因此發(fā)展高比容量的鋰離子電池正極材料變得尤為重要。富鋰層狀固溶體正極材料 xLi2MnO3·(1-x)LiMO2（0

2、5Ni0.5]O4·(1-x){Li2MnO3·Li(Mn0.5Ni0.5)O2}是最近幾年發(fā)展起來的新型正極材料，與傳統(tǒng)正極材料LiCoO2相比，具有更高的放電比容量(>250 mAh/g)、更低廉的價格、更高的安全的性能。但是該類正極材料仍存在首次不可逆容量損失大，循環(huán)穩(wěn)定性差和倍率性能差等問題阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展，所以需要對該類材料進(jìn)行修飾改性以滿足大功率、高能量密度的汽車用動力電池的需求。
　　本論文通過采用快離子導(dǎo)體LiA

3、lO2和Li4Ti5O12進(jìn)行表面包覆來改善正極材料的電化學(xué)性能。結(jié)合XRD、SEM、TEM、交流阻抗、充放電測試對材料的形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)表征與測試，主要包括以下幾部分工作：
　　(1)在課題組成員前期研究的基礎(chǔ)上，本論文選取的研究對象是層狀固溶體正極材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2和層狀-尖晶石復(fù)合正極材料Li1.1Ni0.235Mn0.735Cr0.03O2.3。
　　(2)采用溶液法對富鋰層狀正極材

4、料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2進(jìn)行LiAlO2（1 wt％，3 wt%，5 wt%，8 wt%）包覆，采用溶膠-凝膠法對其進(jìn)行Li4Ti5O12（1 wt%，3 wt%，5 wt%）包覆。XRD、SEM、TEM結(jié)果表明：LiAlO2和Li4Ti5O12均已成功包覆在Li1.2Ni0.2Mn0.6O2表面，且未改變材料原有的結(jié)構(gòu)。充放電性能測試表明：包覆5 wt%LiAlO2樣品和包覆3 wt%Li4Ti5O12樣品所表現(xiàn)出的電化學(xué)

5、性能最優(yōu)。對于包覆5 wt%LiAlO2樣品來說，其首次放電比容量為254.6 mAh/g，首次庫侖效率為75.2%。50次循環(huán)后，容量保持率為98.9%。當(dāng)倍率為10 C時，放電比容量可達(dá)58.29 mAh/g。對于包覆3 wt%Li4Ti5O12樣品來說，其首次放電比容量為258.4 mAh/g，首次庫侖效率為82.1%，經(jīng)50次循環(huán)后，容量保持率為98.7%。當(dāng)倍率為10 C時，放電比容量可達(dá)到110.8 mAh/g。交流阻抗結(jié)果

6、表明：包覆5 wt%LiAlO2和3 wt%Li4Ti5O12后的正極材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的電荷轉(zhuǎn)移阻抗明顯減小。綜上所述，Li1.2Ni0.2Mn0.6O2表面包覆LiAlO2或Li4Ti5O12是改善其電化學(xué)性能的一種有效手段。此外，通過對比發(fā)現(xiàn)：Li4Ti5O12的包覆效果要優(yōu)于LiAlO2。
　　(3)在課題組成員前期研究的基礎(chǔ)上，首先利用共沉淀-高溫?zé)Y(jié)法制備出層狀-尖晶石復(fù)合正極材料Li1.1Ni0.

7、235Mn0.735Cr0.03O2.3，之后采用溶膠-凝膠法對其進(jìn)行1 wt%、3 wt%、5 wt%含量Li4Ti5O12的包覆改性。研究結(jié)果表明：Li4Ti5O12包覆在原材料表面，未改變其原本結(jié)構(gòu)。包覆量為3 wt%樣品的電化學(xué)性能最佳。其首次放電比容量可達(dá)到260.4 mAh/g，首次庫侖效率可達(dá)到93.9%。經(jīng)50次循環(huán)后，容量保持率為99.94%。當(dāng)倍率為10 C時，放電比容量高達(dá)127.7 mAh/g，包覆后的倍率性能大