新型高性能核殼結(jié)構(gòu)層狀鋰離子電池正極材料.pdf

1、面對電子產(chǎn)品對電池壽命和安全性能日益增加的要求，LiNi1-x-yCoxMnyO2循環(huán)和安全性能尚需提高。最近，Y.K.Sun和Argonne實(shí)驗(yàn)室通過共沉淀-高溫固相法合成了系列核殼和濃度梯度核殼結(jié)構(gòu)LiNi1-x-yCoxMnyO2，研究表明相比核材料，核殼或梯度核殼結(jié)構(gòu)材料表現(xiàn)出更為優(yōu)異的綜合性能。然而，由于一定比例殼層或梯度層的存在，使得核殼或梯度核殼結(jié)構(gòu)材料與核或殼材料在成分上已經(jīng)相差較大，所以在核殼材料研究中存在缺乏與同成分

2、的非核殼材料對比性研究這一缺陷。因此，本課題借助三元相圖LiCoO2-LiNiO2-LiMnO2(圖1-7)，選擇以高容量材料為核和高穩(wěn)定性材料為殼，對LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2在不改變其成分的前提下，進(jìn)行了核殼結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)，發(fā)展了相應(yīng)合成路線，通過同成分下核殼與非核殼結(jié)構(gòu)材料的比較性研究，來闡述核殼或梯度結(jié)構(gòu)材料性能提高的起源。
　　 首先，將LiNi0.5Co0.2Mn0

3、.3O2設(shè)計(jì)為雙殼核殼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)Li｛[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)2/7]core[(Ni1/3Co1/3Mn1/3)3/14]she(ll)1[(Ni0.4Co0.2Mn0.4)1/2]she(ll)2｝O2。粒度分析、SEM、TG-DTA、XRD、ICP以及EDS證明｛[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)2/7]core[(Ni1/3Co1/3Mn1/3)3/14]she(ll)1[(Ni0.4Co0.2Mn0.4)1/2]s

4、he(ll)2｝(OH)2前驅(qū)體已經(jīng)形成。然后將其與Li2CO3混合(Li/M=1.05∶1)，在800℃、850℃和900℃下焙燒16h得到雙殼結(jié)構(gòu)含鋰氧化物。EDS測試表明核殼結(jié)構(gòu)離子的擴(kuò)散程度與溫度成正比。電化學(xué)測試顯示在850℃下制備的核殼與非核殼結(jié)構(gòu)材料表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能，但是相比非核殼材料，核殼材料具有更高的放電比容量、更為優(yōu)異的循環(huán)、倍率和熱穩(wěn)定性能。然而上述制備材料振實(shí)密度較低，影響了其商業(yè)化應(yīng)用。為此，通過合成條件

5、(pH、攪拌強(qiáng)度等)的優(yōu)化合成了高振實(shí)前驅(qū)體，進(jìn)而制備出高振實(shí)密度含鋰氧化物。測試表明雙殼結(jié)構(gòu)材料仍具有優(yōu)于非核殼材料的循環(huán)與熱穩(wěn)定性能，但具有相近的容量與倍率性能。此外，還對LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2進(jìn)行了單殼核殼結(jié)構(gòu)Li｛[(Ni0.6Co0.2Mn0.2)1/2]core[(Ni0.4Co0.2Mn0.4)1/2]she(ll)｝O2的設(shè)計(jì)與合成。研究表明該核殼材料同樣展示出優(yōu)于非核殼結(jié)構(gòu)材料的循環(huán)壽命和安全性能以及相

6、當(dāng)?shù)娜萘亢捅堵市阅堋?br>　　 其次，將LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2設(shè)計(jì)成核殼結(jié)構(gòu)的Li｛[NiyCo1-2yMny](1-x)｝core｛[Ni1/2Mn1/2]x｝she(ll)O2(0≤x≤0.3;6y+3x-6xy=2)。測試與分析表明核殼結(jié)構(gòu)前驅(qū)體已經(jīng)形成。首先選取x=0.2來研究不同鋰源（Li2CO3和LiOH）對含鋰化合物制備的影響，結(jié)果表明LiOH的鋰源更加適合制備核殼結(jié)構(gòu)材料。電化學(xué)性能測試顯示核殼結(jié)構(gòu)材