富鋰錳基層狀正極材料的改性研究.pdf

1、富鋰錳基層狀氧化物（以下簡(jiǎn)稱富鋰材料）由于具備超高的可逆比容量（大于250 mAh/g），被認(rèn)為是最有潛力的下一代鋰離子電池正極材料。然而，該材料的實(shí)用化發(fā)展尚面臨諸多挑戰(zhàn)，需要解決的問(wèn)題主要表現(xiàn)為首次庫(kù)侖效率低，循環(huán)壽命短，倍率性能差等。本論文通過(guò)表面尖晶石結(jié)構(gòu)改性和氧化鋁包覆等方法成功改善了上述缺陷，獲得了電化學(xué)性能優(yōu)良的富鋰材料Li1.14Ni0.136Co0.136Mn0.544O2，并對(duì)其高容量的來(lái)源進(jìn)行了有益的探索。具體內(nèi)容

2、如下：
　　1)Li1.14Ni0.136Co0.136Mn0.544O2表面尖晶石結(jié)構(gòu)改性研究
　　采用過(guò)硫酸鈉水溶液處理脫去材料表面的部分鋰離子，產(chǎn)生鋰空位。然后對(duì)脫鋰后的材料進(jìn)行退火處理，誘導(dǎo)表面脫鋰區(qū)域產(chǎn)生離子重排，使層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧饩Y(jié)構(gòu)。相比于層狀結(jié)構(gòu)，尖晶石結(jié)構(gòu)擁有三維鋰離子通道，鋰離子導(dǎo)電率更高，而且晶體結(jié)構(gòu)也更加穩(wěn)定，有利于材料電化學(xué)性能的提升。經(jīng)過(guò)綜合比較，發(fā)現(xiàn)40 wt.％的過(guò)硫酸鈉水溶液以及300

3、oC的退火溫度對(duì)材料性能的改善最佳，可以使首次庫(kù)侖效率從85.4%提升到93.2%，相應(yīng)的首次放電容量從257 mAh/g提升到285 mAh/g(電壓范圍2.0-4.6 V，電流密度25 mA/g)。
　　2)Li1.14Ni0.136Co0.136Mn0.544O2表面Al2O3包覆改性研究
　　通過(guò)一種簡(jiǎn)單的液相處理法在富鋰材料粒子表面成功包覆上一層均勻的Al2O3。此方法避免了復(fù)雜的PH調(diào)控，具有材料性能可調(diào)，處理過(guò)

4、程簡(jiǎn)單快速，適合規(guī)?；a(chǎn)等特點(diǎn)。當(dāng)使用0.5 mol/L的硝酸鋁水溶液處理后，材料的電化學(xué)性能得到明顯改善，0.1C循環(huán)最高容量從288.8 mAh/g提升到299.4 mAh/g，50圈循環(huán)容量保持率從90.7%提升到98.7%。此外，1C倍率放電容量從184.4 mAh/g增加到239.4 mAh/g（電壓范圍2.0-4.8 V，1C=250 mA/g）。
　　3)Li1.14Ni0.136Co0.136Mn0.544O2，

5、Li2MnO3，LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiCoO2首次充放電過(guò)稱中晶格氧氧化態(tài)的比較研究
　　采用 NO2BF4和LiI的乙腈溶液分別對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)脫鋰和嵌鋰處理，以此來(lái)模擬電化學(xué)充放電反應(yīng)。通過(guò)X射線光電子能譜（XPS）比較Li1.14Ni0.136Co0.136Mn0.544O2，Li2MnO3，LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiCoO2首次充放電前后晶格氧的氧化態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)Li1.14Ni0.13