改性鎳基鋰離子電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、本文討論了前驅(qū)體法制備鎳基鋰離子電池正極材料的方法。其中，以鎳鈷堿式碳酸鹽為前驅(qū)體，制備了具有α-NaFeO2結(jié)構(gòu)的LiNi0.8Co0.2O2材料；以Mn-Ni-Co層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物(Mn-Ni-Co-LDHs)為前驅(qū)體，合成了層狀LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2材料。此外，還以堿式碳酸鈷前驅(qū)體經(jīng)焙燒得到介孔結(jié)構(gòu)Co3O4納米晶。采用XRD、ICP、FT-IR、TG/DTA-EGMS、TEM、SEM、FESEM和電化學(xué)測

2、試等手段，從前驅(qū)體的晶型結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和形貌等對電極材料的結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能等的影響入手，確定了材料的最佳合成條件，并探討了影響材料電化學(xué)性能的主要因素。 鎳鈷堿式碳酸鹽前驅(qū)體是以NH4HCO3為沉淀劑，通過旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器法制備的，前驅(qū)體與LiNO3混合經(jīng)焙燒等過程制備LiNi0.8Co0.2O2正極材料。本合成方法主要有以下三方面優(yōu)點(diǎn)：1、以NH4HCO3為沉淀劑，NH4+在焙燒過程中變?yōu)镹H3完全釋放，避免了Na+、K+等陽離

3、子的引入；2、工藝相對易于控制，并且NH4HCO3價(jià)格便宜，降低了合成成本；3、用旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器法可以得到粒徑分布均一的前驅(qū)體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明原料的混合方式、干燥方式及混合粉體的焙燒溫度對LiNi0.8Co0.2O2的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能均有較大影響。在最佳工藝條件下制備的LiNi0.8Co0.2O2，在2.75～4.5V(vs.Li+/Li)的充放電電壓范圍內(nèi)，電流密度為0.1mA·cm-1條件下，首次放電比容量為204.3mAh·g-1，

4、第45次充放電循環(huán)的放電比容量為125mAh·g-1。 采用成核/晶化隔離法，通過控制晶化過程的氧化條件制備Mn-Ni-Co-LDHs前驅(qū)體，利用Mn-Ni-Co-LDHs中金屬元素在層板上均勻分布的結(jié)構(gòu)特征，制備出晶型規(guī)整的LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2正極材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明前驅(qū)體的層狀結(jié)構(gòu)越好，制備的LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2的層狀有序性越高、電化學(xué)性能越好。本方法制備的LiMn0.4Ni0.4Co0.2

5、O2材料，在2.75～4.5V(vs.Li+/Li)充放電電壓范圍內(nèi)，電流密度為0.1mA·cm-1條件下，首次放電比容量為144.8mAh·g-1，第50次充放電循環(huán)的放電比容量為106mAh·g-1。以成核/晶化隔離法制備堿式碳酸鈷前驅(qū)體，晶化時(shí)間大于2h，經(jīng)250～350℃焙燒可制備具有介孔結(jié)構(gòu)平均晶粒度為6.5～13.5nm的Co3O4。前驅(qū)體的微觀形貌、焙燒溫度和升溫速率影響Co3O4的介孔分布、最可幾孔徑和比表面積的大小。本