鋰離子電池正極材料LiNi1-3Co1-3Mn1-3O2的制備與研究.pdf

1、自從鋰離子電池正極材料LiCoO2被索尼公司推向商品化以來，就成為應(yīng)用最廣泛的正極材料，并且在短期內(nèi)仍難以撼動其主導(dǎo)地位。但是由于Co存在價(jià)格昂貴、對環(huán)境污染嚴(yán)重以及LiCoO2材料放電比容量不理想等問題，迫使人們急需尋求其他可替代LiCoO2的新一代正極材料。在新型正極材料中，層狀結(jié)構(gòu)的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2由于其具有相對低廉的原料價(jià)格、與環(huán)境相容性好、穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)而備受推崇。再者，納米級LiNi1/3Co

2、1/3Mn1/3O2材料作為一種新興結(jié)構(gòu)的電極材料，具有顆粒小、比表面積大以及鋰離子擴(kuò)散路徑短等特點(diǎn)，在充放電比容量、循環(huán)性能和倍率性能上表現(xiàn)出了比傳統(tǒng)微米尺寸的電極材料更加優(yōu)越的電化學(xué)性能，被認(rèn)為是高性能鋰離子動力電池的理想選擇，目前已成為國內(nèi)外新型鋰離子電池正極材料的研究熱點(diǎn)之一。
　　基于以上分析，本文以檸檬酸為絡(luò)合劑，乙二醇為交聯(lián)劑，Li(CH3COO)·2H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Co(CH3COO)2·

3、4H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O分別為Li源、Ni源、Co源、Mn源，采用Pechini法制備納米鋰離子電池正極材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。本文研究了該方法的制備工藝，如:鋰與過渡金屬元素的摩爾比、煅燒程序、燒結(jié)溫度等，對材料的物理及電化學(xué)性能的影響。通過TG-DSC、XRD、SEM、EDS等測試手段表征了材料的各種物理性能，并用恒流充放電測試、循環(huán)伏安測試(CV)、電化學(xué)交流阻抗譜測試(EIS)等手段對材料進(jìn)

4、行了電化學(xué)性能表征。
　　通過摻雜不同質(zhì)量比的導(dǎo)電劑碳納米管(CNTs)，考察其對LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，當(dāng)摻雜CNTs的量與LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的質(zhì)量比為5∶90時(shí)，所制作的電池電化學(xué)性能相對較優(yōu)異。在2.5～4.5V之間對電池進(jìn)行恒流充放電測試，0.2C倍率下首次充放電比容量為240.2/212.8mAh/g，庫倫效率為88.59％?？疾炝瞬牧显诓煌?/p>

5、率特別是高倍率下快速充放電的能力，結(jié)果表明:隨著放電倍率的逐漸增大，正極材料的放電比容量逐漸減小、循環(huán)性能也隨之降低，說明電極的極化越來越嚴(yán)重。此外實(shí)驗(yàn)還研究了電池在不同充電截止電壓下的電化學(xué)性能，隨著充電截止電壓的升高，電池首次放電比容量得到提升，但是循環(huán)性能卻下降。
　　以NaOH和NH4OH作為沉淀劑，LiOH·H2O、NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O分別為Li源、Ni源、Co源、Mn源，采用改

6、進(jìn)的共沉淀法制備出了鋰離子電池納米正極材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較佳的合成條件為:在共沉淀過程中引入超聲波粉碎技術(shù)且合成前驅(qū)體沉淀的反應(yīng)溫度為60℃;熱處理工藝為分階段升溫方式，即先升溫至500℃保溫3H，再升溫至900℃保溫6H，最后自然冷卻。
　　基于陽離子模型的推斷，為了抑制Ni離子的跨層移動，進(jìn)一步提高改進(jìn)的共沉淀法合成出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的電化學(xué)性能，本文還對LiN