鋰離子電池正極材料LiNi-,1-3-Co-,1-3-Mn-,1-3-O-,2-的合成及性能研究.pdf

1、目前商業(yè)鋰離子電池主要采用鈷酸鋰(LiCoO2)作為正極材料。由于鈷資源缺乏、價(jià)格昂貴及毒性較高，開(kāi)發(fā)少鈷或無(wú)鈷的薪型正極材料成為鋰離子電池的重要發(fā)展方向。LiNi1/3Cov1/3Mn1/3O2是一種極具應(yīng)用前景的新型鋰離子電池正極材料，具有高安全、低成本等優(yōu)勢(shì)。但是采用現(xiàn)有的合成方法來(lái)制備LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2都存在一些不足。探索方便易行、環(huán)境友好的新型制備方法與改性措施，進(jìn)一步改善其性能對(duì)促進(jìn)其實(shí)用化具有重要意義。

2、 本文在綜合分折鋰離子電池正極材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，選擇LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作為研究對(duì)象，采用新的合成方法-共沉淀-燃燒法進(jìn)行了合成試驗(yàn)，研究了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成方法、工藝條件以及合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能，并與低溫燃燒法、草酸鹽共沉淀法制備的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在結(jié)構(gòu)和性能方面進(jìn)行了比較，得到以下主要認(rèn)識(shí)和研究成果。 以Mn(CH3COO)2·4H20、Ni(CH

3、3COO)2·4H2O、Co(CH3COO)2·4H2O、H2C2O4·2H2O、NH3·H2O和LiNO3為原料，利用共沉淀.燃燒法在空氣環(huán)境下成功合成了具有α-NaFeO2型層狀有序結(jié)構(gòu)和良好電化學(xué)性能的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。采用AAS、XRD、SEM、電池性能測(cè)試儀和DSC等測(cè)試手段系統(tǒng)研究了合成產(chǎn)物的成分、結(jié)構(gòu)、形貌、電化學(xué)性能，考察了直接烘干工藝、流變相工藝、燃燒工藝、合成溫度、合成時(shí)聞、補(bǔ)鋰量等因素對(duì)合成產(chǎn)

4、物結(jié)構(gòu)和性能的影響。獲得了采用共沉淀-燃燒法在空氣中合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的工藝條件參數(shù)。研究結(jié)果表明：用草酸作沉淀劑，可使過(guò)渡金屬離子快速沉淀，縮短共沉淀過(guò)程的時(shí)間，防止Mn2+在溶液中被氧化成Mn3+或Mn4+，得到均相的三元復(fù)合草酸鹽；采用直接烘干工藝，可消除洗滌過(guò)程造成的成分損失，并節(jié)約大量的洗滌用水；采用流變相工藝，可保證鋰鹽與前驅(qū)體均勻混合；引入燃燒工藝，可縮短合成時(shí)間，節(jié)省能源消耗。合成溫度、合成時(shí)間以

5、及補(bǔ)鋰量等對(duì)合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能均有影響。以共沉淀-燃燒法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的最佳條件為：n(NI+Co+Mn)：n(NH3·H2O)為1:5，水浴溫度50℃下攪拌0.5h，500℃下點(diǎn)火燃燒0.5h，800℃回火15h，補(bǔ)鋰量為10mol％。在此條件下得到的合成產(chǎn)物電化學(xué)性能好，首次放電比容量達(dá)到168.9mAh/g。10次循環(huán)后的容量仍保持167.9mAh/g，容量保持率為99.3％。合成的正極材料Li

6、Ni1/3Co1/3Mn1/3O2具有相當(dāng)好的熱穩(wěn)定性，在高電壓下材料其有較好的穩(wěn)定性。該研究成果已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枺?008 10002471.0） 通過(guò)低溫燃燒法和草酸鹽共沉淀法制備了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料，并與共沉淀-燃燒法制備的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能上進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，采用共沉淀-燃燒法合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的電化學(xué)性能優(yōu)于低溫燃