冷凍干燥技術(shù)制備LiNi-,1-x-Co-,x-O-,2-的實(shí)驗(yàn)與機(jī)理研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有比容量高、工作電壓高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用。正極材料的研究與改進(jìn)一直是鋰離子電池研究的重要內(nèi)容,近年來正極材料LiNi1-xCoxO2是鋰離子電池材料研究的熱點(diǎn)。 本文采用冷凍干燥技術(shù)結(jié)合三段連續(xù)煅燒法合成了LiNiO2及其摻Co化合物L(fēng)iNi1-xCoxO2正極材料。采用X射線衍射(XRD)、熱分析(TG/DSC/DTA)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、激光粒度分析及電化學(xué)測試等表征手段,對材料結(jié)構(gòu)

2、與性能進(jìn)行系統(tǒng)地研究,并探討了冷凍干燥技術(shù)制備LiNi1-xCoxO2粉體的機(jī)理。 通過對溶液配制、噴霧預(yù)凍、Li含量和煅燒條件等各種影響參數(shù)分析和優(yōu)化,特別是對合成過程中煅燒溫度和煅燒時(shí)間的優(yōu)化,本文建立了合成LiNiO2正極材料的最優(yōu)化方案,合成的LiNiO2正極材料具有良好的層狀結(jié)構(gòu)特性和電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在0.2C(2.75～4.2V, vs.Li+/Li)充電制度下,LiNiO2首次放電比容量為184.3mAh

3、/g,循環(huán)50次后,容量保持率為80.8％。 本文系統(tǒng)研究了Co的摻雜對LiNiO2正極材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。綜合考慮容量和循環(huán)性能因素,選取摻Co量為20％的LiNi0.8Co0.2O2作為目標(biāo)產(chǎn)物。通過優(yōu)化工藝,750℃、8h合成的LiNi0.8Co0.2O2的首次放電比容量達(dá)172.1mAh/g,50次循環(huán)后,容量仍能保持88.5％。采用冷凍干燥結(jié)合三段連續(xù)煅燒法制備LiNi1-xCoxO2與傳統(tǒng)固相法相比,克服了反應(yīng)產(chǎn)物

4、中易發(fā)生Li、Ni、Co的不均勻分布,生成的粉體粒度大且分布寬等現(xiàn)象,通過冷凍干燥技術(shù)能生成成分均勻分散的前驅(qū)體,反應(yīng)活性提高,降低了煅燒溫度和時(shí)間。同時(shí),XRD結(jié)果表明,制備的LiNi0.8Co0.2O2晶型優(yōu)良,I003/I104的最大值為1.72;FESEM和激光粒度分析表明,制備的LiNi0.8Co0.2O2粉體成分均勻,具有納米級尺寸和窄的粒度分布。 通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,本文綜合離子水化理論和離子互吸理論解釋了前驅(qū)體