高容量鋰離子電池正極材料的開發(fā).pdf

1、層狀鎳酸鋰是一種容量極高的鋰離子電池正極材料,本文從鎳酸鋰出發(fā),合成出了三種高容量鋰離子電池正極材料LiM<,x>Ni<,0.8-x>Co<,0.2>O<,2>、LiNi<,1/3>Mn<,1/3>Co<,1/3>O<,3>、LiNi<,1/2>Mn<,1/2>O<,2>,分別研究了三種材料的性能,為開發(fā)低成本、高性能的新型鋰離子電池正極材料做出了有益探索. 采用高溫固相法合成了LiM<,x>Ni<,0.8-x>Co<,0.2>

2、O<,2>(M=Mg、Al、La,x=0～0.05),氧氣氛,800℃燒結(jié)12小時,研究了實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)不同x值時材料的電化學(xué)性能及結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)當(dāng)x值分別為0.05,0.05和0.01時,材料的前20次循環(huán)性能最好,其中LiAl<,0.02>Ni<,0.78>Co<,0.2>O<,2>與LiAl<,0.05>Ni<,0.75>Co<,0.2>O<,2>的電化學(xué)性能差別不是很明顯.XRD圖顯示上述三種材料均為層狀結(jié)構(gòu). 采用共沉淀合成前

3、驅(qū)使體的方法制備了LiNi<,1/3>Mn<,1/3>Co<,1/3>O<,2>正極材料,研究表明,合成前驅(qū)體控制PH=11±0.2,反應(yīng)溫度控制在50℃左右,燒結(jié)溫度1000℃,保溫20小時,Li/(Ni+Mn+Co)=1.15時,合成出的材料電化學(xué)性能最優(yōu). LiNi<,1/3>Mn<,1/3>Co<,1/3>O<,2>材料分別在2.5～4.3,2.5～4.5,2.5～4.7電壓范圍下進(jìn)行充放電,以1C=180 mAh/g為

4、基準(zhǔn),設(shè)置電流0.1C,初始放電容量分別為172.9 mAh/g、77.1 mAh/g、200.7 mAh/g,隨電壓的升高而增大；首次充放電效率分別為95.2﹪、88.6﹪、84.9﹪,隨電壓的升高而降低,循環(huán)性能也呈現(xiàn)此規(guī)律.,以LiNi<,1/3>Mn<,1/3>CO<,1/3>O<,2>為正極材料的實(shí)驗(yàn)電池在0.2C、0.5C、1C條件下充放電,首次放電容量分別為169.3 mAh·g<'-1>,143.1 mAh·g<'-1>

5、,133.4 mAh·g<'-1>,30次循環(huán)后容量保持率均在92﹪以上.XRD結(jié)果顯示LiNi<,1/3>Mn<,1/3>Co<,1/3>O<,2>材料為良好的層狀固熔體,R=1.38,陽離子混排程度低.交流阻抗譜表明該材料循環(huán)過程中容量損失的主要原因是正極/溶液界面電阻的增加.循環(huán)伏安數(shù)據(jù)說明LiNi<,1/3>Mn<,1/3>CO<,1/3>O<,2>充放過程主要發(fā)生兩對氧化還原反應(yīng).DSC結(jié)果顯示LiNi<,1/3>Mn<,1/

6、3>Co<,1/3>O<,2>材料的放熱溫度范圍比鈷酸鋰及鎳酸鋰均寬,熱穩(wěn)定性較好. 采用共沉淀合成前驅(qū)體方法制備了LiNi<,1/3>Mn<,1/3>O<,2>正極材料,材料在2.5～ 4.3,2.5～4.5,2.5～4.7電壓范圍內(nèi)0.1C充放電,首次放電容量分別為166.9mAh/g、180.4mAh/g、191.9mAh/g,首次充放電效率分別為90.7﹪、86.4﹪、82.1﹪,循環(huán)性能隨電壓的升高而下降,XR