富鋰型鋰電池正極材料的自蔓延法制備及其電化學性能.pdf

1、鋰離子電池的應用越來越廣泛，人們對鋰電材料提出來更高的要求：高容量、高安全性、更好的循環(huán)性、倍率性和更低的成本等。而目前市場上的正極材料并不能滿足市場的要求，鋰離子電池正極材料成為鋰電池大規(guī)模商業(yè)化的瓶頸，因此新型的鋰電正極材料吸引越來越多研究者的注意。在這種背景下，鋰離子電池富鋰層狀材料因具較高的比容量、較高的工作電壓平臺等特點引起了眾多研究者的注意。雖富鋰層狀材料在混合動力汽車及其他方面具有廣闊的應用前景，但是其材料本身存在一些不足

2、：較大的首圈不可逆損失、倍率性能較差、循環(huán)性衰減等，影響了其實際商業(yè)化進程。
　　鑒于鋰電池富鋰層狀材料的以上特點，本文對其進行了以下研究：
　　一、自蔓延燃燒法制備富鋰xLi2MnO3·(1-x)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(x=0.4,0.5,0.6)正極材料，探討了x的值、燒結(jié)溫度對于材料的形貌和電化學性能的影響。本實驗利用XRD、SEM、Zview擬合、比表面及粒徑分析等測試技術對材料的物相結(jié)構和微觀形貌進

3、行了表征，并探討了材料對其電化學性能的影響。通過XRD分析結(jié)果表明，樣品均為純相的層狀結(jié)構，SEM和粒徑分析發(fā)現(xiàn)材料的粒徑尺寸大小約為200nm，充放電測試結(jié)果顯示：自蔓延燃燒法制備的富鋰正極材料具有較好的電化學性能，0.6Li2MnO3·0.4LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的首圈放電容量為255mAh/g，經(jīng)過100圈充放電后，其容量保持率為84％，在2.3~4.8V、0.1C的充放電條件下。
　　二、材料的形貌和粒徑對

4、于其電化學性能具有很大影響，為了更好的控制材料的形貌和顆粒尺寸，本文通過控制自蔓延燒結(jié)時的氣氛和添加分散劑PVP以達到控制富鋰層狀正極材料形貌和顆粒尺寸的目的，并制備富鋰層狀材料0.6Li2MnO3·0.4LiNi0.7Mn0.3O2，系統(tǒng)的探討了：（1）在空氣中自蔓延、添加分散劑后在空氣中自蔓延，以及添加分散劑后在氧/氮混合氣氛下自蔓延，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：添加分散劑在空氣中自蔓延的材料電化學性能最佳。（2）為了得到更好電化學性能的富鋰層狀

5、正極材料，對金屬鹽的混合溶液進行減壓蒸餾，研究發(fā)現(xiàn)減壓蒸餾后的材料電化學性能有相應的提高。并對所制備的富鋰0.6Li2MnO3·0.4LiNi0.7Mn0.3O2正極材料進行了XRD、SEM分析等的測試。研究發(fā)現(xiàn)添加分散劑后對材料的團聚起到好的控制作用。
　　三、基于富鋰層狀材料的倍率性較差和首圈庫侖效率偏低的情況下，本文對富鋰0.6Li2MnO3·0.4LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料進行了包覆，（1）Li2ZrO3包

6、覆：自蔓延制備的富鋰材料高溫燒結(jié)后進行Li2ZrO3的包覆，系統(tǒng)考察了包覆量對富鋰材料的結(jié)構和電化學性能的影響。測試結(jié)果表明，通過Li2ZrO3包覆的富鋰正極材料的倍率性能有了顯著提升，尤其在大倍率下，并對其原因作了進一步的探討。
　　四、為了研究不同包覆物對于富鋰正極材料電化學性能的影響，我們對其進行了AlF3的包覆，AlF3包覆：包覆方法同Li2ZrO3的包覆，研究發(fā)現(xiàn)當包覆量為2%時材料的循環(huán)性最好，其倍率性比純樣有顯著提高