鋰離子電池層狀復(fù)合正極材料的制備與改性.pdf

1、鋰離子電池具有輸出電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低等眾多優(yōu)點(diǎn),因此其在便攜式電子設(shè)備、移動(dòng)通訊等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,并被認(rèn)為是最有希望成為電動(dòng)汽車(chē)大功率的動(dòng)力電池。目前LiCoO2仍占據(jù)鋰離子電池正極材料市場(chǎng)的主導(dǎo)地位,但由于其自身缺陷及資源限制,迫切需要開(kāi)發(fā)一種新型的正極材料。鋰離子電池層狀復(fù)合正極材料LiNixCoyMn1-x-yO2具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比容量高等優(yōu)點(diǎn),這使它被認(rèn)為是最佳的LiCoO2替代品之一,但制備困

2、難,振實(shí)密度低,高倍率放電性能差等缺點(diǎn)限制了其商品化的進(jìn)程。因此,提高層狀復(fù)合正極材料的振實(shí)密度以及電化學(xué)性能特別是其在高倍率充放電條件下的循環(huán)性能是相關(guān)科研工作者的研究目標(biāo)。本文概述了鋰離子電池及其正極材料的研究進(jìn)展,重點(diǎn)介紹了層狀正極材料LiNixCoyMn1-x-yO2的研究現(xiàn)狀,作者通過(guò)改進(jìn)制備方法,優(yōu)化材料中鈷鎳錳配比,元素體相摻雜以及表面包覆等手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰離子電池層狀正極材料LiNixCoyMn1-x-yO2的改性。主要研

3、究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)論包括以下幾個(gè)方面：
　　 ⑴對(duì)層狀材料LiNixCoyMn1-x-yO2部分合成方法進(jìn)行了工藝優(yōu)化。使用低熱固相法,溶膠凝膠法,水熱法制備了正極材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,利用x射線粉末晶體衍射(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM)以及恒流充放電測(cè)試等手段分析了所得材料的微觀結(jié)構(gòu),形貌以及電化學(xué)性能,確定了各方法的最優(yōu)合成工藝,研究表明低熱固相法中高溫煅燒后600℃回火2h所得材料性能最優(yōu),溶膠凝膠

4、法中以草酸為配體且配比是1:2時(shí)所得材料性能最優(yōu),水熱法的最佳合成工藝為160℃水熱反應(yīng)12h。
　　 ⑵對(duì)層狀材料LiNixCoyMn1-x-yO2進(jìn)行了鈷鎳錳配比優(yōu)化研究。使用優(yōu)化的低熱固相法,溶膠凝膠法,水熱法等合成系列鋰離子電池層狀正極材料LiNixCo1-2xMnxO2(x=n,n/9,n/10,n/11,n/12,n/13,n/14,n/15,n/16,n/17),采用X射線衍射等表征手段和充放電等電化學(xué)性能測(cè)試手段

5、,實(shí)現(xiàn)各系列材料中鈷鎳錳配比的優(yōu)化。結(jié)果表明,LiCo5/9Ni2/9Mn2/9O2,LiCo4/10Ni3/10Mn3/10O2,LiCo5/11Ni3/11Mn3/11O2等材料表現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)構(gòu),形貌和電化學(xué)性能。
　　 ⑶對(duì)層狀材料LiNixCoyMn1-x-yO2進(jìn)行了摻雜改性研究。使用各種合成方法制備材料LiNi1/3Co1/3-yMn1/3MyO2-zNz(M:一種或幾種金屬陽(yáng)離子,N:一種或幾種陰離子;y和z為0,

6、0.01,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10等不同配比),實(shí)現(xiàn)了在陽(yáng)離子位置上(Co原子位置)摻入一種或幾種金屬陽(yáng)離子(Al,Cr,Fe,Zr,La),或在陰離子位置上(氧原子位置)摻入一種或幾種陰離子(F,Cl,Br),或在陰陽(yáng)離子位置上共摻入一種或幾種離子,研究了摻雜對(duì)其結(jié)構(gòu),形貌以及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,摻雜材料的結(jié)晶度和粒度的均勻性均有提高,摻雜材料的倍率性能和循環(huán)性能均有明顯提升。
　　 ⑷對(duì)層狀材