高容量富鋰正極材料li[li0.2ni0.2mn0.6]o2的制備與改性研究

1、 高容量 高容量富鋰 富鋰正極材料 正極材料 Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2 的制備 的制備與改性研究 與改性研究 Preparation and Modification of Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2 Li-rich Cathode Material with High Capacity 學(xué)科專業(yè)：化學(xué) 研 究 生：王丹 指導(dǎo)教師：陳麗 副教授 天津大學(xué)理學(xué)院 二零一三年六月 摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷

2、發(fā)展，能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。迫使人們一方面節(jié)能減排，大力發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)和混合電動(dòng)汽車(chē)；另一方面開(kāi)發(fā)新的可再生能源，如風(fēng)電、太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮?、潮汐能等清潔能源。鋰離子電池以其優(yōu)異的性能被視為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的最佳選擇，也是最有希望應(yīng)用于大規(guī)模儲(chǔ)能的電池技術(shù)之一。但是，作為鋰離子電池最主要正極材料，LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、Li2MnO4、LiFePO4 等實(shí)際比容量均低于 200 mAh· g

3、-1，致使電池的能量密度難以滿足下一代高容量高功率鋰離子電池的需求，因此，開(kāi)發(fā)新型高容量正極材料迫在眉睫。近年來(lái)，富鋰錳基正極材料由于具有高比容量而引起了廣泛關(guān)注。 本 文 采 用 共 沉 淀 - 煅 燒 法 制 備 了 層 狀 結(jié) 構(gòu) 的 富 鋰 錳 基 正 極 材 料x(chóng)Li2MnO3· (1-x)LiNi0.5Mn0.5O2，并對(duì)其進(jìn)行了 Mg、Zn 元素?fù)诫s和 ZnO、ZrO2表面包覆改性，結(jié)合 XRD、SEM、TEM、

4、循環(huán)伏安法、電化學(xué)阻抗、恒電流充放電測(cè)試等對(duì)合成材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究。主要包括以下幾部分工作： 采用共沉淀法制備前驅(qū)體 MnaNib(OH)2，通過(guò)球磨將前驅(qū)體與碳酸鋰以一定比例均勻混合，在空氣氣氛下進(jìn)行高溫煅燒制備得到富鋰層狀正極材料x(chóng)Li2MnO3· (1-x)LiNi0.5Mn0.5O2（x=0.4,0.5,0.6） ?？疾炝瞬煌滗嚵?、煅燒溫度、保溫時(shí)間、成分等條件對(duì)富鋰正極材料結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性

5、能的影響，獲得了優(yōu)化工藝參數(shù)。結(jié)果表明，配鋰量、煅燒溫度及煅燒時(shí)間對(duì)富鋰材料有重要影響，隨煅燒溫度升高，保溫時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)物晶型越完整，一次粒子尺寸越大，層狀結(jié)構(gòu)越良好。當(dāng)碳酸鋰過(guò)量 8 wt.%，550 ℃保溫 5 h，900 ℃保溫 12 h，成分 x=0.5 時(shí)合成材料的電化學(xué)性能最佳。 基于以上結(jié)果，選取優(yōu)化條件制備富鋰正極材料 Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2，并對(duì)其進(jìn)行了 Mg2+，Zn2+摻雜改性，比較了在前驅(qū)體沉