Ni取代的Li2MO3(M=Ti,Mn)鋰離子正極材料的制備及性能研究.pdf

1、本論文基于LiAO2-Li2BO3固溶體(A=Co,Ni,Cr,Feetc;B=Mn,Ti)概念設(shè)計(jì)合成新型鋰離子電池材料,提出了新型NiO-Li2BO3(B=Mn,Ti)固溶體材料存在的可能性。NiO作為正極材料沒(méi)有電化學(xué)活性,經(jīng)過(guò)Li2BO3(B=Mn,Ti)穩(wěn)定框架結(jié)構(gòu),成為電化學(xué)活性材料,可能釋放出可觀的容量,另外它結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、無(wú)毒、價(jià)格價(jià)廉、高溫?zé)岱€(wěn)定性好,極有可能應(yīng)用于某種特定環(huán)境。
　　分別制備了xNiO-(1-x)L

2、i2TiO3和xNiO-(1-x)Li2MnO3(x=0.0-1.0)兩種系列材料,研究系列材料結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)及電化學(xué)性質(zhì)等方面隨x值的關(guān)系。XRD結(jié)果表明NiO-Li2TiO3(x=0.0-1.0)材料結(jié)構(gòu)均為純相,隨著x值升高,結(jié)構(gòu)逐漸從有序的層狀結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o(wú)序巖鹽結(jié)構(gòu),當(dāng)x≥0.2時(shí),結(jié)構(gòu)為完全無(wú)序巖鹽結(jié)構(gòu),系列材料的晶格常數(shù)a和c逐漸升高,晶胞體積也逐漸增大,因此可認(rèn)為NiO-Li2TiO3(x≥0.2)能夠形成固溶體材料。而對(duì)于

3、NiO-Li2MnO3(x=0.0-1.0)材料,由于當(dāng)x=0.5時(shí),不能形成純相,含有NiO雜相,無(wú)法分析它們晶格常數(shù)的變化。
　　分別通過(guò)醋酸鹽降解法、溶膠-凝膠法、碳酸鹽共沉淀法來(lái)制備0.5NiO-0.5Li2MnO3(LiNi0.5Mn0.5O2)正極材料,采用XRD,SEM及電化學(xué)測(cè)試研究合成方法對(duì)LiNi0.5Mn0.5O2材料的物理和電化學(xué)性能的影響。XRD結(jié)果表明溶膠-凝膠方法和碳酸鹽共沉淀法都能成功制備純相LiN

4、i0.5Mn0.5O2層狀結(jié)構(gòu),而醋酸鹽降解法產(chǎn)物中則含有NiO雜相。碳酸鹽共沉淀法制備的材料具有最高的放電比容量和循環(huán)性能,首次和循環(huán)100周室溫放電比容量分別為186.3和170mAh/g。另外即使在高溫55oC時(shí),它首次能放出222.6mAh/g容量,循環(huán)30周之后容量幾乎沒(méi)有衰減。
　　基于碳酸鹽共沉淀法制備材料的優(yōu)異性能,比較了不同pH值、不同燒結(jié)方式、不同碳酸鋰含量對(duì)材料結(jié)構(gòu)、組成、形貌及電化學(xué)性能的影響。當(dāng)pH值為8

5、.15時(shí),顆粒的平均粒度為15.5μm,粒度分布也更為均勻,平均組成也更接近理論化學(xué)計(jì)量比。不同燒結(jié)方式實(shí)驗(yàn)表明無(wú)論從材料結(jié)構(gòu),晶格常數(shù),首次充放電容量和循環(huán)容量來(lái)說(shuō),前驅(qū)體直接配鋰和先預(yù)燒成氧化物再配鋰兩種方式對(duì)LiNi0.5Mn0.5O2材料性能影響并無(wú)區(qū)別。鋰含量實(shí)驗(yàn)表明一定的鋰過(guò)量雖降低首次充放電比容量,但能大大改善循環(huán)性能和倍率性能。但鋰過(guò)量太大時(shí),表面可能附著未反應(yīng)的碳酸鋰,阻止了鋰離子的嵌入和脫出,造成各項(xiàng)電化學(xué)性能降低。