層狀-尖晶石復合正極材料的制備及其改性研究.pdf

1、近半個世紀以來，由于能源和環(huán)境問題的不斷突出，促使人們開始尋求化石燃料的替代能源，作為重要的儲能體系鋰離子電池開始嶄露頭角。如今其被廣泛應用于電動汽車、智能設備及小型電站等領域。鋰離子電池具有比能量和比功率高、安全性能好和環(huán)保等優(yōu)良性能。新型鋰離子電池層狀-尖晶石復合正極材料Li0.5+xNi0.25Mn0.75O2+x/2在最近受到了極為廣泛的關注。該材料不僅具有較高的放電比容量、較好的循環(huán)穩(wěn)定性能和高倍率放電性能，而且不含有Co元素

2、，因此成本低廉，此外這種材料還具有良好的安全性能和環(huán)保性，所以擁有優(yōu)秀的發(fā)展前景。
　　本文采用共沉淀-高溫燒結法制備了層狀-尖晶石復合正極材料，同時對冷卻制度、鋰配比量和燒結溫度等制備工藝進行優(yōu)化，并對其進行了Al、Cr元素摻雜研究，結合XRD、SEM、TEM、XPS、交流阻抗、充放電測試對材料的形貌、結構和電化學性能進行系統(tǒng)表征和測試，主要包括以下幾部分工作:
　　(1)采用共沉淀法制備前驅體Ni0.25Mn0.75(O

3、H)2，通過球磨將前驅體與碳酸鋰以一定比例均勻混合，在空氣氣氛下進行高溫煅燒制備得到層狀-尖晶石復合正極材料Li0.5+xNi0.25Mn0.75O2+x/2(x=0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0)?？疾炝死鋮s方法、不同配鋰量、煅燒溫度等條件對層狀-尖晶石復合正極材料結構、形貌及電化學性能的影響，并且優(yōu)化工藝參數(shù)。結果表明，冷卻方法、配鋰量、煅燒溫度對層狀-尖晶石復合正極材料有重要影響，采用液氮冷卻，x值為0.6，850℃

4、下燒結12h制備的正極材料具有最良好的電化學性能。層狀-尖晶石復合正極材料Li1.1Ni0.25Mn0.75O2.3首次放電比容量為245.5mAh/g，首次庫侖效率到87.3％。在0.2C倍率下，放電比容量為229.4mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后，容量保持率為100％
　　(2)基于上述實驗結果，對層狀-尖晶石復合正極材料Li1.1Ni0.25Mn0.75O2.3進行Al3+、Cr3+摻雜改性，采用共沉淀法制備摻雜的前驅體，與碳

5、酸鋰混合后，在850℃下高溫燒結后采用液氮冷卻處理，制備得到摻雜后的層狀-尖晶石復合正極材料。實驗結果表明，Al3+摻雜未能使材料的電化學性能得到提高，而Cr3+摻雜后的材料在首次放電比容量、循環(huán)性能和倍率性能上均有提高。進一步研究Cr3+摻雜量對材料性能的影響，實驗結果表明:層狀-尖晶石復合正極材料Li1.1Ni0.235Mn0.735Cr0.03O2.3具有最好的電化學性能，其首次放電比容量為254.2mAh/g，首次庫侖效率達到9