鋰離子電池正極材料LiNiO2的制備、改性及電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池由于具有比能量高、無記憶效應(yīng)、質(zhì)量輕、自放電小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于移動通信設(shè)備、電動汽車、國防科技和航空航天等領(lǐng)域，但是，目前鋰離子電池的應(yīng)用仍然受到了一定的限制，主要原因在于制備出合適的正負(fù)極材料并不容易。
　　 目前，商用鋰離子電池中使用最廣泛的仍然是LiCoO2正極材料。但是由于其價格昂貴及高毒性，限制了其的發(fā)展。而Ni資源豐富，來源廣泛，并且LiNiO2具有較高的理論比容量、自放電低等優(yōu)點，因而被人們視為是有潛力

2、取代LiCoO2的幾種材料之一。但是，LiNiO2仍然具有缺點，主要包括:(1)合成符合化學(xué)計量比的LiNiO2并不容易;(2)層狀結(jié)構(gòu)在充放電過程中不穩(wěn)定，造成其循環(huán)性能不佳。為克服這些缺點，人們也做了大量的相關(guān)工作。本論文旨在解決LiNiO2的合成難題，并在此基礎(chǔ)上對其進行摻雜改性研究，以期提高其電化學(xué)性能。通過查閱相關(guān)文獻，以三價鎳化合物作為前驅(qū)體，用低溫固相法制備出了近似化學(xué)計量比的LiNiO2材料，同時對制備出的LiNiO2材

3、料進行了摻雜改性的研究，得出的相關(guān)結(jié)論如下:
　　 1、合成了結(jié)晶程度較高和電化學(xué)性能較好的LiNiO2材料。首先通過化學(xué)氧化法制備出羥基氧化鎳，與LiOH·H2O按一定比例混合制成前驅(qū)體，在600℃下煅燒15h后得到LiNiO2粉末。通過XRD、SEM等物理表征手段，發(fā)現(xiàn)制備出的樣品化學(xué)計量式為Li0.92Ni1.08O2，其表面形貌為球形，顆粒大小約為400nm左右，通過恒流充放電測試發(fā)現(xiàn)，在28mAh g-1的放電密度下，

4、材料的首次放電比容量可以達到122mAhg-1。
　　 2、初步探索了LiNi0.7Co0.3O2的制備方法及其電化學(xué)性能。采用化學(xué)氧化法制備出了Ni0.7Co0.3OOH，與LiOH·H2O按一定比例混合后得到前驅(qū)體，在600℃下煅燒制備出LiNi0.7Co0.3O2，XRD分析顯示其特征峰能與標(biāo)準(zhǔn)卡片對應(yīng)，SEM表征發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)不規(guī)則的片狀顆粒，且有一定程度的團聚。恒流充放電測試表明，在28mAh g-1的電流密度下，LiNi

5、0.7Co0.3O2的首次放電比容量達到了155mAhg-1，相對于LiNiO2有所提高，在140mAh g-1的電流密度下，容量保持率下降了50％左右，相比LiNiO2有所下降，這可能是由于:(1)制備出的材料層狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定;(2)電池制作工藝不佳，導(dǎo)致材料從集流體上脫附下來造成電池性能的下降。
　　 3、在制備出LiNiO2的基礎(chǔ)上，用La元素對其進行摻雜改性，制備出了LiLaxNi1-xO2，并對其物理性質(zhì)和電化學(xué)性能進行

6、了表征與測試。結(jié)果表明，在LiNiO2中摻入少量La元素有助于改善材料的層狀結(jié)構(gòu)、減小其顆粒大小，從而提高材料的電化學(xué)性能。通過XRD表征發(fā)現(xiàn)，LiLa0.01Ni0.99O2和LiLa0.02Ni0.98O2的層狀結(jié)構(gòu)相對LiNiO2來說均有所提高，同時SEM圖上顯示在摻入少量的La元素后，材料仍然呈球形，表面更粗糙且顆粒更小。恒流充放電測試表明，LiLa0.01Ni0.99O2和LiLa0.02Ni0.98O2的首次放電比容量均比L