鋰離子電池正極用鋰鎳鈷錳系材料研究.pdf

1、鋰鎳鈷錳系電極材料是當(dāng)前鋰離子電池新一代正極材料的研究熱點(diǎn)之一。本文采用結(jié)構(gòu)分析和電化學(xué)研究等方法和實(shí)驗(yàn)手段，從合成方法、材料的結(jié)構(gòu)特征及電化學(xué)性能等多方面對(duì)鋰鎳鈷錳系電極材料進(jìn)行了研究，優(yōu)化了高溫固相法及共沉積前軀體法制備鋰鎳鈷錳系電極材料的合成條件，制備了性能良好的鋰鎳鈷錳系電極材料。測(cè)定了材料振實(shí)密度、粒度分布、比表面積、表征材料結(jié)構(gòu)和形貌，同時(shí)測(cè)試了電極材料的電化學(xué)性能，其間充分運(yùn)用循環(huán)伏安(CV)、恒電位階躍、交流阻抗(EIS

2、)等電化學(xué)技術(shù)對(duì)合成的鋰鎳鈷錳系材料進(jìn)行了全面評(píng)價(jià)。 在高溫固相法合成LiNi<,x>Co<,y>Mn<,1-x-y>O<,2>材料的研究過(guò)程中，本文詳細(xì)考察了不同合成條件下高溫固相反應(yīng)制得的成分、結(jié)構(gòu)與性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著燒結(jié)次數(shù)增加，材料晶體形貌更規(guī)整、結(jié)構(gòu)有序化程度增高，晶體結(jié)構(gòu)也更完善，雜相相應(yīng)減少。在二次燒結(jié)中，合成溫度和時(shí)間對(duì)正極材料的結(jié)構(gòu)與性能有很大的影響：隨著燒結(jié)溫度的升高和燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，材料振實(shí)密度逐漸增大，

3、同時(shí)放電平臺(tái)增高，電化學(xué)反應(yīng)中的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)變大，電極反應(yīng)可逆性得到提高，另外對(duì)電池循環(huán)過(guò)程中的阻抗譜研究還發(fā)現(xiàn)，阻抗隨循環(huán)變化的幅度也有減小趨勢(shì)，表明電極界面穩(wěn)定性增強(qiáng)。綜合考慮各因素，高溫固相法合成鋰鎳鈷錳系電極材料的優(yōu)選條件應(yīng)該是：1000℃下20小時(shí)兩次燒結(jié)。 在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)共沉積前驅(qū)體法制備LiNi<,x>Co<,y>Mn<,1-x-y>O<,2>進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)：溶液的pH值、絡(luò)合劑用量、溶液與沉淀劑的混合

4、次序、沉淀劑的種類、沉淀氣氛以及攪拌速度等是影響前驅(qū)體振實(shí)密度、比表面積、粒度分布以及結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：采用沉淀劑、溶液、絡(luò)合劑同時(shí)加入合成路線、pH為11(氫氧化物沉淀)、氨水濃度為0.37mol·dm<'-3>、N<,2>氣氛、2000rpm攪拌速度是前驅(qū)體制備的優(yōu)選條件。在前驅(qū)體和鋰鹽的高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，重點(diǎn)考察了燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響。綜合分析不同合成條件下材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及電極循