富鋰正極材料Li[Li(1-x)-3Ni2x-3Mn(2-x)-3]O2和Li[Li(1-x)-3NixMn(2-2x)-3]O2的制備與性能研究.pdf

1、富鋰正極材料已成為近幾年鋰離子電池正極材料的研究熱點(diǎn)之一,由于具有高比容量、高能量和高平臺(tái)電壓性能備受人們的關(guān)注。本論文分別以2.5價(jià)和3價(jià)Ni為活性物質(zhì),以Mn4+來增強(qiáng)材料結(jié)構(gòu),通過共沉淀法合成前驅(qū)體和高溫固相反應(yīng)實(shí)現(xiàn)Ni、Mn的固溶合成鎳基正極材料 Li[Li(1-x)/3Ni2x/3Mn(2-x)/3]O2{是(1-x)Li[Li1/3Mn2/3]O2·x{1/2LiNiO2·Li[Ni1/2Mn1/2]O2}的簡寫,其中x=0

2、.4,0.5,0.6,0.7}和Li[Li(1-x)/3NixMn(2-2x)/3]O2{是(1-x)Li[Li1/3Mn2/3]O2·xLiNiO2的簡寫,其中x=0.4,0.5,0.6,0.7},研究了兩種的不同x取值正極材料的最佳燒成制度、以及Al摻雜正極材料的影響。通過粒度分析、XRD(X衍射)、SEM(掃描電鏡)、XPS(光電子能譜)及電化學(xué)性能測試等手段系統(tǒng)的研究樣品材料的粒徑分布、晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、化合物電子價(jià)態(tài)和電化學(xué)

3、性能。
　　研究表明,兩種正極材料前軀體合成合理的工藝條件為:水浴溫度50℃,反應(yīng)體系pH值為10.5,攪拌轉(zhuǎn)速為300rad/min。
　　Li[Li(1-x)/3Ni2x/3Mn(2-x)/3]O2(其中x=0.4,0.5,0.6,0.7)的合成條件是:在流動(dòng)空氣下,分別在700℃保溫4h后和750℃保溫14h。當(dāng)x=0.6和x=0.7時(shí),即材料具有更高的放電容量,其初始放電比容量分別為153.4 mAh/g和148.9

4、mAh/g,經(jīng)100次循環(huán)后容量衰減為144 mAh/g和128.8 mAh/g。通過對(duì)以上材料進(jìn)行Al3+摻雜實(shí)驗(yàn),Al摻雜量0.04(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),其初始放電比容量分別為139.1mAh/g和130 mAh/g,經(jīng)200次循環(huán)容量保持率分別為94.9％和96.0%。雖然Al的加入使初始容量有所下降,但改善了循環(huán)性能,降低了不可逆容量?？梢哉J(rèn)為摻雜一定量的Al能夠進(jìn)一步增強(qiáng)材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
　　Li[Li(1-x)/3NixM

5、n(2-2x)/3]O2(x=0.4,0.5,0.6,0.7)的最佳燒成制度為:700℃保溫4h后,750℃保溫14h。當(dāng)x=0.6時(shí),材料Li1.333Mn0.267Ni0.6O2循環(huán)性能較好。在循環(huán)100次和200次后,放電比容量分別為120.7mAh/g和108.8 mAh/g和,容量保持率分別為96.32%和86.8%。通過對(duì)材料Al摻雜研究,得到摻雜量在Al=0.02時(shí)循環(huán)性能最佳,它的初始放電比容量為120.7mAh/g,在