鋰離子電池層狀復合正極材料的制備與改性.pdf

1、鋰離子電池具有輸出電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電率低等眾多優(yōu)點,因此其在便攜式電子設備、移動通訊等領域獲得廣泛應用,并被認為是最有希望成為電動汽車大功率的動力電池。目前LiCoO2仍占據(jù)鋰離子電池正極材料市場的主導地位,但由于其自身缺陷及資源限制,迫切需要開發(fā)一種新型的正極材料。鋰離子電池層狀復合正極材料LiNixCoyMn1-x-yO2具有價格低廉、結構穩(wěn)定、比容量高等優(yōu)點,這使它被認為是最佳的LiCoO2替代品之一,但制備困

2、難,振實密度低,高倍率放電性能差等缺點限制了其商品化的進程。因此,提高層狀復合正極材料的振實密度以及電化學性能特別是其在高倍率充放電條件下的循環(huán)性能是相關科研工作者的研究目標。本文概述了鋰離子電池及其正極材料的研究進展,重點介紹了層狀正極材料LiNixCoyMn1-x-yO2的研究現(xiàn)狀,作者通過改進制備方法,優(yōu)化材料中鈷鎳錳配比,元素體相摻雜以及表面包覆等手段實現(xiàn)了對鋰離子電池層狀正極材料LiNixCoyMn1-x-yO2的改性。主要研

3、究內(nèi)容和實驗結論包括以下幾個方面：
　　 ⑴對層狀材料LiNixCoyMn1-x-yO2部分合成方法進行了工藝優(yōu)化。使用低熱固相法,溶膠凝膠法,水熱法制備了正極材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,利用x射線粉末晶體衍射(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM)以及恒流充放電測試等手段分析了所得材料的微觀結構,形貌以及電化學性能,確定了各方法的最優(yōu)合成工藝,研究表明低熱固相法中高溫煅燒后600℃回火2h所得材料性能最優(yōu),溶膠凝膠

4、法中以草酸為配體且配比是1:2時所得材料性能最優(yōu),水熱法的最佳合成工藝為160℃水熱反應12h。
　　 ⑵對層狀材料LiNixCoyMn1-x-yO2進行了鈷鎳錳配比優(yōu)化研究。使用優(yōu)化的低熱固相法,溶膠凝膠法,水熱法等合成系列鋰離子電池層狀正極材料LiNixCo1-2xMnxO2(x=n,n/9,n/10,n/11,n/12,n/13,n/14,n/15,n/16,n/17),采用X射線衍射等表征手段和充放電等電化學性能測試手段

5、,實現(xiàn)各系列材料中鈷鎳錳配比的優(yōu)化。結果表明,LiCo5/9Ni2/9Mn2/9O2,LiCo4/10Ni3/10Mn3/10O2,LiCo5/11Ni3/11Mn3/11O2等材料表現(xiàn)出優(yōu)異的結構,形貌和電化學性能。
　　 ⑶對層狀材料LiNixCoyMn1-x-yO2進行了摻雜改性研究。使用各種合成方法制備材料LiNi1/3Co1/3-yMn1/3MyO2-zNz(M:一種或幾種金屬陽離子,N:一種或幾種陰離子;y和z為0,

6、0.01,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10等不同配比),實現(xiàn)了在陽離子位置上(Co原子位置)摻入一種或幾種金屬陽離子(Al,Cr,Fe,Zr,La),或在陰離子位置上(氧原子位置)摻入一種或幾種陰離子(F,Cl,Br),或在陰陽離子位置上共摻入一種或幾種離子,研究了摻雜對其結構,形貌以及電化學性能的影響。結果表明,摻雜材料的結晶度和粒度的均勻性均有提高,摻雜材料的倍率性能和循環(huán)性能均有明顯提升。
　　 ⑷對層狀材