層狀鋰離子電池正極材料的制備、表征和性能研究.pdf

1、自鋰離子電池商業(yè)化以后，憑借著循環(huán)穩(wěn)定性好，工作電壓高，沒有記憶效應等優(yōu)點，鋰離子電池從手機，相機，筆記本電腦的小型儲能裝置到電動汽車，混合動力汽車等較大型儲能設備應用范圍越來越廣泛。隨之而來，對鋰離子電池能量密度，安全性能和合成成本等方面的要求越來越高。鋰離子電池內部主要組成部分為：正極材料，負極材料，隔膜和電解液。對于大部分正極材料而言，其放電比容量小于200 mAh g-1，遠低于石墨負極材料放電比容量的一半。所以對于鋰離子電池整

2、個電化學性能的提升主要還依賴于正極材料的性能改善?，F在很多研究工作者采用各種手段研究開發(fā)能量密度高、電化學性能優(yōu)異的鋰離子電池正極材料。
　　本研究主要內容包括：⑴對于層狀 LiCoO2，利用鋰鎳混排的現象通過溶解凝膠法制備了不同比例Ni摻雜量的LiCoO2。通過X射線衍射（XRD）測試和Rietveld結構精修發(fā)現有一半摻雜量的Ni進入鋰層中，占據鋰的位置。在電化學循環(huán)性能測試中，Ni摻雜LiCoO2在高電壓的測試中表現出優(yōu)異性

3、。在3.0-4.5V測試時，3mol％Ni摻雜 LiCoO2的放電比容量保持相對穩(wěn)定，100周后的容量保持率為71.8%遠高于純相LiCoO2的33.7%，放電比容量也大約是純相 LiCoO2的兩倍。LiCoO2的倍率性能也沒有因少量Ni的存在而受到影響。對循環(huán)后的材料進行XRD測試，發(fā)現Ni-LiCoO2的衍射峰相比純相的LiCoO2向小角度發(fā)生明顯的偏移，說明循環(huán)之后Ni-LiCoO2的層間距比純相LiCoO2的要大。這都可歸結為N

4、i在鋰層的支柱效應。Ni在鋰層中像柱子一樣支撐層狀結構使得在高電壓下更多的鋰離子脫出，在一定程度上穩(wěn)定結構，提高了高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性。⑵采用離子交換法合成單斜層狀的m-LiMnO2，在合成的過程中采用兩種錳源：工業(yè)電解二氧化錳和分析純Mn(CH3COO)24H2O。通過XRD衍射峰可以看出，即使工業(yè)電解二氧化錳為錳源仍能制得純度很高的 m-LiMnO2，SEM測試也表明兩種錳源制得的 m-LiMnO2形貌上也沒有顯著差別。對兩種錳源制

5、得的m-LiMnO2進行電化學測試，兩個材料在50 mA g-1的電流密度恒電流充放電100周后，放電比容量都能保持在140 mAh g-1。兩種材料的倍率性能也沒有明顯差異?？傊?，各項測試對比表明：由工業(yè)電解二氧化錳合成的m-LiMnO2具備同樣優(yōu)異的電化學性能。⑶對于層狀富鋰材料，本文采用兩種制備方法：溶膠凝膠法和共沉淀法，對比制備方法對材料形貌及電化學性能的影響。兩種方法制備的材料首周充放電容量一樣，庫倫效率都為75%。但隨著循環(huán)