鋰離子電池正極材料的合成及其性能表征.pdf

1、電極材料是鋰離子電池中的關(guān)鍵組成部分,目前常用的負(fù)極材料為碳,其來源廣泛,價(jià)格低廉,理論比容量為372 mAh/g,且實(shí)際比容量也較高,一般達(dá)到300 mAh/g以上;而目前常用的正極材料放電比容量普遍偏低,有些正極材料的理論放電比容量雖然接近300 mAh/g,但是實(shí)際應(yīng)用中由于結(jié)構(gòu)塌陷以及安全考慮,一般都不會(huì)超過160 mAh/g,限制了鋰離子電池的大規(guī)模應(yīng)用,尤其是阻礙了動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展,因此提升正極材料的放電比容量和開發(fā)新型

2、高比容量正極材料已經(jīng)成為了當(dāng)前研究中的重中之重。本文主要的研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下:
　　(1)采用溶膠凝膠法對尖晶石型LiMn2O4正極材料進(jìn)行鋁摻雜氧化鋅(AZO)包覆改性,并通過XRD、SEM、EDS、TEM、EIS、ICP-AES和充放電測試等手段對其結(jié)構(gòu),形貌及電化學(xué)性能進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明,AZO包覆層有效地阻止了LiMn2O4顆粒和電解液的直接接觸,抑制了高溫下錳溶解,明顯改善了LiMn2O4的高溫循環(huán)性能。1.5

3、wt％AZO包覆的LiMn2O4正極材料在高溫(55℃)1 C時(shí),首次放電比容量為114 mAh/g,經(jīng)過100次循環(huán)后,容量保持率仍高達(dá)95.4％,遠(yuǎn)高于未包覆LiMn2O4的70.6％。此外,1.5 wt％ AZO包覆的LiMn2O4表現(xiàn)出了優(yōu)越的大倍率放電性能,在10 C下放電比容量能達(dá)到99 mAh/g。
　　(2)通過微乳液法制備LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極材料前驅(qū)體,前驅(qū)體在油包水膠束內(nèi)的水相內(nèi)反應(yīng),通過

4、控制油相和水相比例,控制產(chǎn)物粒徑,生成晶粒尺寸均一的前驅(qū)體,主要的粒徑尺寸為5到10 nm,再經(jīng)過干燥摻鋰,得到具有高放電比容量的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極材料。通過 XRD、TEM及充放電測試等手段對其結(jié)構(gòu),形貌及電化學(xué)性能進(jìn)行表征。通過微乳液法合成的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極材料雖然具有高的放電比容量(首次放電比容量高達(dá)228.3 mAh/g),但循環(huán)性差,因此我們進(jìn)一步對其進(jìn)行表面包覆一層Al2O3

5、,然后對其形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行了一系列的研究。實(shí)驗(yàn)表明,通過表面包覆 Al2O3,可以獲得良好循環(huán)性和倍率性的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極材料。在電流密度為20 mA/g,電壓范圍為3.0-4.6V時(shí),循環(huán)50次后,放電比容量為184.3 mAh/g,容量保持率仍高達(dá)94％;倍率充放電測試結(jié)果顯示,當(dāng)電流密度達(dá)到800 mA/g時(shí),LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2/Al2O3正極材料的放電比容量仍高達(dá)166 mAh/