鋰離子電池三元正極材料lini0.6co0.2mn0.2o2的制備與改性

1、 鋰離子電池三元正極材料 鋰離子電池三元正極材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 的制備與改性 的制備與改性 Preparation and Modification of LiNi0.6Co0.2 Mn0.2O2 as Cathode Material for Lithium Ion Battery 學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程 研 究 生：孫淑婷 指導(dǎo)教師：唐致遠(yuǎn) 教授 企業(yè)導(dǎo)師：張新河 天津大學(xué)化工學(xué)院 二零一五年五月 摘 要 鋰離

2、子電池三元正極材料 Li[Ni-Co-Mn]O2 因其理論容量高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而被研究。該體系的材料具有優(yōu)于 LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2 中任何一種的性能。 但是該體系的材料作為鋰離子電池的正極仍然具有高電壓下的循環(huán)性能以及大倍率性能不理想的特點(diǎn)。 針對以上特點(diǎn)， 本文主要研究了非對稱三元正極材料 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 的合成方法，并且對合成過程中的重要影響因素進(jìn)行了優(yōu)化選擇，詳細(xì)的討論了不同條

3、件下合成材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及電化學(xué)性能。另外對純相材料進(jìn)行了包覆改性研究。具體的研究內(nèi)容如下： 以乙酸鹽為原材料、甘氨酸為絡(luò)合劑，使用溶膠凝膠法合成正極材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。探討了煅燒溫度、煅燒時間、預(yù)燒時間、甘氨酸用量等因素對合成材料的結(jié)構(gòu)與性能的影響。 XRD、 充放電性能測試等結(jié)果表明最佳合成條件是當(dāng)甘氨酸與金屬離子比例為 2： 1， 450℃預(yù)燒 5h 然后 900℃煅燒 18h 所制得的樣品。 從 XRD

4、測試結(jié)果能夠看出最合適條件下制備的材料屬于 α-NaFeO2 層狀結(jié)構(gòu)，R-3m 空間點(diǎn)群。在 2.6～4.8V 電壓區(qū)間內(nèi) 0.1C 下首次放電比容量達(dá)到180mAh/g, 充放電 30 次后的容量仍然能夠維持原來的 85.5%。 以乙酸鹽為原料，采用高溫固相法合成正極材料 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。探討了預(yù)燒時間、煅燒時間、煅燒溫度等因素對材料的結(jié)構(gòu)與性能的影響。XRD 和充放電測試等結(jié)果表明最佳合成條件是 400℃恒

5、溫 5h，600℃維持 2h 再升溫至750℃保持 6h， 最后至 850℃恒溫 10h 制得樣品。 XRD 結(jié)果可得樣品具有 α-NaFeO2層狀結(jié)構(gòu)，陽離子沒有發(fā)生明顯的混排現(xiàn)象。2.6～4.8V 電壓區(qū)間內(nèi) 0.5C 下首次放電比容量達(dá)到 170mAh/g，充放電 30 圈后的容量仍然能夠維持原來的 79.5%。為了提高材料的循環(huán)性能和高倍率下的放電性能， 在純相材料的表面使用濕化學(xué)法包覆了 Li2ZrO3。 采用多種測試手段探討

6、了不同計(jì)量比 Li2ZrO3 包覆下材料的結(jié)構(gòu)與性能的改變。 XRD 結(jié)果顯示包覆前后材料的結(jié)構(gòu)基本沒有變化。 從 TEM可以明顯的看到本體材料的表面有一層 Li2ZrO3 包覆層。另外，少量的 Li2ZrO3包覆對材料的電化學(xué)性有著明顯的改善。在 2.6～4.8V 電壓區(qū)間內(nèi) 0.1C 時 1wt% Li2ZrO3 包覆樣品的首次放電比容量達(dá)到 190mAh/g,充放電 50 次后的容量仍然能夠維持原來的 85.5%。 關(guān)鍵詞： 關(guān)