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

1、鋰離子電池因其高能量密度，高功率密度和長的循環(huán)壽命被廣泛地應用于可移動電子設備，如手機和掌上電腦等，并逐步向電動汽車、混合型電動汽車和高效儲能系統(tǒng)等領域拓展。目前，商業(yè)化鋰離子電池主要采用LiCoO2作為正極材料，但由于成本和安全性問題，LiCoO2已不能滿足鋰離子電池發(fā)展的需要，在過去的十年里為尋找LiCoO2的替代材料做出了大量努力。近來，Li[NixCo1-2xMnx]O2體系中，x＝1/3的特例LiNi1/3Co1/3Mn1/3

2、O2綜合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2三種材料的優(yōu)點，具有較高的可逆容量、穩(wěn)定的循環(huán)性能、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和倍率性能，并且成本低廉，被認為是混合電動汽車能源系統(tǒng)正極材料的最佳候選者之一，從而引起了廣泛的研究興趣。本文采用形貌控制、熱分析、結構分析和電化學研究方法等實驗手段，從合成方法、形貌及粒徑分布、結構特征、電化學性能等多方面對LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料進行了系統(tǒng)深入的研究，制備出性能良好的LiNi1/3Co

3、1/3Mn1/3O2電極材料。 本文采用氨配合氫氧化物共沉淀法制備出粒徑均勻的球形(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2粒子?？疾炝朔磻獣r間、溶液的pH值、加氨量對前驅體(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2物理和化學性能的影響，探索出適宜于空氣氣氛條件下制備目標產物的前驅體(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2的最佳工藝條件為：pH=10.5，NH3/M=0.8，反應時間t=16 h。 以球形(Ni1

4、/3Co1/3Mn1/3)(OH)2為前驅體，建立并優(yōu)化了以氨配合氫氧化物共沉淀法預處理固相合成高密度球形LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2電極材料的方法。發(fā)現(xiàn)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料能在700℃的低溫下合成并具有較好的電化學性能。重點采用結構精修方法詳細剖析了不同燒結溫度和燒結時間及不同Li/(Ni+Mn+Co)條件下合成樣品的結構特征，結合充放電實驗結果，優(yōu)化了的固相合成條件為：Li/(Ni+Mn+Co)＝

5、1.07，材料壓片，在480℃預熱5 h，再于650℃預熱9 h，然后在 850℃鍛燒18 h即得產品。 最后，本論文對優(yōu)化條件下合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2電極材料形貌，密度，結構進行了表征，并重點探討了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的電化學性能。最優(yōu)條件下合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉末保持了原中間體形貌，仍為二次球形粒子，僅粒子的初級結構從棒形變?yōu)槔庵危瑴y得樣品的振實密度為2.