鋰離子電池三元正極材料的合成與改性研究.pdf

1、近年來，Li-Ni-Co-Mn-O三元材料(尤其是LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2、Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2)因其較大的比容量受到廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為是新一代高容量產(chǎn)業(yè)化電池材料。但是LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2電導(dǎo)率較低，大倍率性能不佳，采用高充電截止電壓以達(dá)高容量時循環(huán)性能不穩(wěn)定，容量衰減較嚴(yán)重;Li2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2首次庫倫效率低且破壞了表面晶格結(jié)構(gòu)、高倍率下的倍率性

2、能較差、高充電電壓下與電解質(zhì)兼容性差，都限制了其應(yīng)用。
　　本文綜述了鋰離子電池正極材料的發(fā)展歷程和幾種典型材料尤其是LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2、Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的結(jié)構(gòu)、機(jī)理和應(yīng)用概況。在實(shí)驗(yàn)部分探究了不同方法制備的三元正極材料在水性電解液中的電化學(xué)性能，針對三元材料電導(dǎo)率低、倍率性能差的缺點(diǎn)，采用不同方法引入石墨烯進(jìn)行改性研究。
　　將聚合物熱解法和溶膠凝膠法合成的LiMn1/

3、3Ni1/3Co1/3O2(PP-LMNC，SG-LMNC)材料在Li2SO4水溶液中進(jìn)行電化學(xué)性能測試。聚合物熱解法以丙烯酸作為金屬離子的絡(luò)合劑，過硫酸銨作為丙烯酸鹽的聚合引發(fā)劑，優(yōu)點(diǎn)在于丙烯酸將可溶性金屬離子絡(luò)合的同時，過硫酸銨引發(fā)聚合能快速形成金屬離子呈規(guī)則排列的聚丙烯酸鹽。中間體聚丙烯酸起到晶型控制劑的作用，可以改變晶體形貌。故PP-LMNC顆粒較大并有團(tuán)聚，形貌的改變在提高材料振實(shí)密度的同時降低了其比表面積，可能會導(dǎo)致電化學(xué)性

4、能的降低。結(jié)果表明在放電比容量方面，PP-LMNC材料明顯小于SG-LMNC材料，但前者的可逆性、容量保持率和循環(huán)穩(wěn)定性得到了改善。
　　采用溶劑熱法制備得到LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2(LMNC)與還原氧化石墨烯(RGO)的復(fù)合物，對比分析了不同溶劑對氧化石墨烯(GO)的還原能力，以及對所形成復(fù)合物的電化學(xué)性能的影響。與液體基質(zhì)中石墨烯層上生長金屬氧化物的方法相比，該方法中利用的是制備成型且晶型良好的LMNC顆粒保證了

5、所用材料的晶型，且RGO與LMNC之間形成鍵合作用較強(qiáng)的金屬-氧共價鍵，不同于常被運(yùn)用的機(jī)械混合，該作用力更強(qiáng)。結(jié)果證實(shí)復(fù)合RGO后，LMNC材料的放電容量、庫倫效率和倍率性能均得到了不同程度的提高，這歸因于還原得到的電導(dǎo)率良好的RGO與結(jié)晶性較高的LMNC顆粒形成了牢固的鍵合，促進(jìn)了Li+在電極中的脫嵌反應(yīng)。
　　將石墨烯片與N-甲基-吡咯烷酮(NMP)溶液超聲混合制得G/NMP混合液，用于制備Li1.2Mn0.54Ni0.13

6、Co0.13O2(MNC)電極片，從而將石墨烯的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引入到材料中。NMP溶液作為有機(jī)溶液不僅可以溶解石墨烯片，還可以作為制作電極片的分散劑，避免了雜質(zhì)的引入。由于其特殊的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電導(dǎo)性，石墨烯層可以為鋰離子在MNC和乙炔黑之間的脫嵌提供高速擴(kuò)散通道。循環(huán)性能和倍率性能的測試結(jié)果表明引入的石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以明顯地提高倍率容量和增大循環(huán)壽命。EIS測試結(jié)果也證實(shí)了添加石墨烯后動力學(xué)性能得到持續(xù)的提高。另外，結(jié)果表明得益于石墨