鋰離子電池三元正極材料鎳鈷錳的制備研究.pdf

1、目前,用于鋰離子電池的正極材料仍以LiCoO2為主,由于Co價(jià)逐年上漲,以及LiCoO2本身在安全性能方面的缺陷,科研工作者一直在尋找成本低、性能優(yōu)異的可替代產(chǎn)品。層狀結(jié)構(gòu)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料因其理論容量較高及其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),被認(rèn)為是有望取代LiCoO2的新一代鋰離子電池正極材料,擁有廣闊的應(yīng)用前景。改進(jìn)LiNiv3Co1/3Mn1/3O2的制備方法及工藝條件,提高其綜合性能,具有重要的實(shí)際意義。
　　 本論

2、文進(jìn)行了鋰離子電池正極材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的高溫固相法制備研究,分別考察了焙燒溫度、焙燒時(shí)間、n(Li):n(M)(M=Ni、Co、Mn))等因素對(duì)制備LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料電化學(xué)性能的影響,通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了工藝條件；采用DTA-TG法進(jìn)行了材料制備的動(dòng)力學(xué)研究,利用Doyle-Ozawa法、Kissings-法分別計(jì)算相關(guān)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)；進(jìn)行了鋰離子電池正極材料LiNi1/3Co1/3Mn

3、1/3O2共沉淀一焙燒法的制備研究。共沉淀法制備前驅(qū)體的實(shí)驗(yàn)中,考察了pH值、反應(yīng)溫度、攪拌速度等因素對(duì)合成前驅(qū)體Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2性能的影響,確定了合適的工藝條件；焙燒前驅(qū)體制備LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的實(shí)驗(yàn)研究中,考察了焙燒時(shí)間、焙燒溫度、n(Li):n(Ni、Co、Mn)等工藝參數(shù)對(duì)合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料電化學(xué)性能的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,通過三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)

4、了工藝條件,進(jìn)行了最佳工藝條件下的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)；以X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)和電池測(cè)試系統(tǒng)、電化學(xué)工作站等測(cè)試手段對(duì)產(chǎn)品形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。
　　 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到以下結(jié)論:
　　 1.高溫固相法制備LiNi1/3CO1/3Mn1/3O2正極材料的最佳工藝條件為:焙燒溫度800℃、焙燒時(shí)間24 h、n(Li):n(M)(M=Ni、Co、Mn)為1.05:1。此條件下制備的LiNi1/3Co1/3

5、Mn1/3O2晶型發(fā)育較好,沒有雜相生成,粒度分布均勻,最高放電比容量114.9 mAh/g,充放電平臺(tái)平穩(wěn),循環(huán)10次后容量損失率為3.4％,表現(xiàn)了較好的循環(huán)性能。
　　 2.兩種方法計(jì)算得到高溫固相法制備LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料過程的表觀活化能分別為93.70 kJ/mol和88.60 kJ/mol。
　　 3.共沉淀法制備前驅(qū)體Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2合適的工藝條件為:pH值為

6、12.5,反應(yīng)溫度50℃,攪拌速度1000 r/min。此條件下制得的前驅(qū)體Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2為非晶體,粒度均勻,大小合適,鎳、鈷、錳的摩爾比為1:1.02:1.024,基本接近理論含量。
　　 4.影響LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料放電比容量的各因素主次順序依次為焙燒溫度、n(Li):n(Ni、Co、Mn)、焙燒時(shí)間。
　　 5.由前驅(qū)體-高溫固相法制備LiNi1/3Co1/3Mn