鋰離子電池高錳三元正極材料的富鋰化研究.pdf

1、本文研究高錳三元正極材料xLi2MnO3·(1-x)LiNi0.2Co0.2Mn0.6O2的富鋰化，考察富鋰量、合成方法、合成條件、預循環(huán)處理以及包覆和摻雜等改性方法對材料電化學性能的影響。采用XRD表征材料的晶體結(jié)構(gòu)，采用SEM表征材料的形貌，采用恒流充放電測試、CV、EIS表征材料的電化學性能。
　　考察不同富鋰量，即x值（0.7、0.6、0.5和0.4）對材料性能的影響。研究表明：當x=0.5，即Li2MnO3相和LiMO2

2、相為1：1時得到的材料層狀結(jié)構(gòu)良好，陽離子混排程度較低，具有最高的比容量和最佳的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　采用高溫固相法，以過渡金屬乙酸鹽和Li2CO3為原料合成富鋰正極材料0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.2Co0.2Mn0.6O2，考察了煅燒溫度（750、800、850、900℃）和煅燒時間（9、12、15、18 h）對材料性能的影響。800℃煅燒12 h得到的樣品具有良好的層狀結(jié)構(gòu)；0.1C充放電比容量分別為218、162.1

3、mAh/g，庫倫效率為74.36％；0.1C循環(huán)5次容量保留率為106.9%；0.2C循環(huán)10次容量保留率為93.93%。
　　低壓預循環(huán)處理能降低直接充電至高電位對材料結(jié)構(gòu)的破壞，改善其倍率性能；MgO包覆層能夠抑制LiPF6分解產(chǎn)生的HF與電極材料反應(yīng)，進而降低金屬離子的溶解，改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性，最佳包覆量為2wt.%。
　　采用碳酸鹽共沉淀法，以過渡金屬硫酸鹽溶液、Na2CO3溶液和氨水為起始反應(yīng)物合成碳酸鹽前驅(qū)體，

4、考察了過渡金屬離子濃度（0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L）和沉淀溶液pH值（8.0、8.5、9.0）對材料性能的影響。研究表明：過渡金屬鹽溶液濃度為1.0 mol/L、沉淀溶液pH為8.5時制得的前驅(qū)體經(jīng)混鋰和高溫煅燒后得到的樣品具有良好的層狀結(jié)構(gòu)和較低的Ni2+、Li+陽離子混排度；0.1C下首次充放電比容量分別為350.9、280.7 mAh/g，庫倫效率為79.99%；0.1C循環(huán)5次容量保留率為91.92%；0.2C循

5、環(huán)10次容量保留率為99.71%。
　　低壓預循環(huán)處理在一定程度上提高了材料的比容量及其倍率性能；Na元素添加在材料中形成Na0.7MnO2.05結(jié)構(gòu)的新相，促進了Li+在材料中的擴散，提高了材料的倍率和循環(huán)性能。性能最佳的樣品為Li1.11Na0.06Ni0.10Co0.10Mn0.63O2，2.0-4.8 V電壓范圍內(nèi)0.2 C首次充放電比容量分別為359.2、277.9 mAh/g，庫倫效率為77.37%，0.5C循環(huán)50次