鋰離子電池材料的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著能源緊缺、環(huán)境污染的加重,尋求替代化石燃料的新能源日益成為關(guān)注的焦點。鋰離子電池由于其無污染、壽命長等優(yōu)點,越來越多的進(jìn)入人們的視野。目前,LiCoO2是最早商業(yè)化的鋰離子電池正極材料,但存在有毒、成本高等不足,急需其他材料來代替它;負(fù)極材料雖然已經(jīng)具備高容量等優(yōu)點,但仍需要進(jìn)行研究,以尋求最佳性能。本文以富鎳三元正極材料和鈦酸鋰負(fù)極材料為研究目標(biāo),進(jìn)行了制備與改性研究,得出如下結(jié)論:
　　采用氫氧化物共沉淀法制備了富鎳三元材

2、料 LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2,在750~850℃下所制備樣品均具有良好的層狀結(jié)構(gòu),在煅燒溫度800℃下所制備材料均具有最小的陽離子混合度,樣品顆粒都是由200~500nm的初始顆粒團(tuán)聚而成,呈類球形,晶粒間空隙很少,非常致密。電化學(xué)性能顯示:在最佳煅燒溫度800℃下,具有核殼結(jié)構(gòu)(按不同比例添加)的Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)0.66(Ni0.5Co0.25Mn0.25)0.33]O2材料具有優(yōu)良的性能,其

3、核部提供高的比容量,殼部由于Mn4+的存在,起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用,Co3+可以起加強(qiáng)離子導(dǎo)電的作用,同時由于Ni元素的減少,緩解了電解液的分解,對材料的循環(huán)性能起到了積極地作用,在0.2C、2.7~4.3V電壓下,首次放電容量達(dá)180.1mAh/g,循環(huán)性能優(yōu)異,25圈后的容量保持率達(dá)98.53％,且阻抗增加最小。
　　分別采用濕法“溶膠凝膠-噴霧熱解-分步煅燒”和固相法“機(jī)械球磨-噴霧造粒-分步煅燒”兩種不同方法制備了Li[(Ni

4、0.8Co0.1Mn0.1)1-xMox]O2富鎳正極材料,當(dāng)Mo摻雜量為0.01時,兩種方法合成的材料均具有最佳的性能。采用濕法制備的材料隨著煅燒溫度升高,層狀結(jié)構(gòu)越來愈好,但溫度過高時會造成顆粒嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象,不利于鋰離子的傳輸,當(dāng)煅燒溫度為800℃時,樣品的層狀結(jié)構(gòu)良好,顆粒發(fā)育完全,電化學(xué)性能最佳;在煅燒溫度800℃時,隨著 Mo摻雜量的增多,材料的陽離子混合度增加,但原始顆粒在逐步較小,較小的顆粒有利于鋰離子在材料中的脫嵌,當(dāng)

5、摻雜量為0.01時,材料的結(jié)構(gòu)與顆粒晶粒達(dá)到完美結(jié)合,擁有最大的離子電導(dǎo)率,電化學(xué)性能最佳,0.2C時首次充放電庫倫效率達(dá)88.4%,倍率循環(huán)性能最優(yōu)異。采用固相法所制備材料隨著煅燒溫度的升高,材料的層狀結(jié)構(gòu)越來越好,陽離子混合度越來越低,但溫度過高會造成材料顆粒發(fā)育越來越大,而且存在嚴(yán)重的燒結(jié)現(xiàn)象,當(dāng)煅燒溫度為850℃時,材料擁有最佳的性能;在煅燒溫度850℃下,隨著Mo摻雜量的增多,材料的層狀結(jié)構(gòu)先向好的方向轉(zhuǎn)變,當(dāng)摻雜量大于0.0

6、1時材料的層狀結(jié)構(gòu)會惡化,電化學(xué)性能也是如此,當(dāng)Mo摻雜量為0.01時,材料擁有最佳的性能,0.2C時首輪充放電庫倫效率達(dá)83.3%,循環(huán)性能也很優(yōu)異。相比較而言,濕法制備材料的性能要優(yōu)于干法制備的材料。
　　為克服鈦酸鋰電導(dǎo)率低的弱點,對其進(jìn)行了噴霧干燥制備與 Nb摻雜改性研究。結(jié)果表明,采用“機(jī)械球磨-噴霧造粒-分步煅燒”三步法工藝合成的負(fù)極材料一次晶粒更加細(xì)小,粒徑為200~500nm,其形成的具有孔狀結(jié)構(gòu)的球形(二次)顆粒