鋰離子電池富鋰層狀正極材料的研究.pdf

1、鋰離子電池鋰離子電池富鋰層狀富鋰層狀正極材料的研究正極材料的研究TheStudyontheLithiumRichLayeredOxidesfLithiumIonBattery領(lǐng)域：化學(xué)工程研究生：楊芳凝指導(dǎo)教師：單忠強(qiáng)教授企業(yè)導(dǎo)師：劉雪省研究員級高工天津大學(xué)化工學(xué)院二零一六年五月摘要為滿足人們對鋰離子電池能量密度日益增長的要求，研發(fā)新型鋰離子電池正極材料受到越來越多的關(guān)注。高比容量正極材料富鋰層狀氧化物L(fēng)i1.2Mn0.54Ni0.13

2、Co0.13O2和高電壓的LiMnPO4材料都是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，被認(rèn)為是最有可能應(yīng)用于下一代鋰離子電池的正極材料，但因其自身具備的種種缺陷，導(dǎo)致這兩種材料目前無法商業(yè)化應(yīng)用，亟待改善其電化學(xué)性能。本文以利用溶膠凝膠法制備的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2為重點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)制備工藝、添加劑種類和表面包覆量，來制備電化學(xué)性能優(yōu)異的富鋰材料。以檸檬酸為螯合劑，采用溶膠凝膠法通過調(diào)節(jié)煅燒溫度和陳化時(shí)間制備了不同粒徑的富鋰正極材料

3、。結(jié)果表明材料的粒徑隨煅燒溫度增加，逐漸增大；隨著陳化時(shí)間的增加，呈現(xiàn)先增大后變小的趨勢。當(dāng)煅燒溫度為850C，陳化時(shí)間為10天時(shí)，材料具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。在2.04.8V的電壓范圍內(nèi)以0.1C充放電循環(huán)60周后放電比容量仍為206.7mAhg1，2C時(shí)的放電比容量為125.6mAhg1。為縮短溶膠凝膠法中所需的陳化時(shí)間，向溶膠體系中添加了三種不同類型的表面活性劑，得到形貌和顆粒大小不同的富鋰材料。當(dāng)向體系中添加十二烷基苯磺酸銨（AD

4、BS）時(shí)，Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料的粒徑最小，且具有由類立方體顆粒組成的單層片狀結(jié)構(gòu)。由于良好的層狀晶型結(jié)構(gòu)和特殊的形貌，此種樣品展現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能，尤其是循環(huán)穩(wěn)定性和大倍率下的放電性能。在2.04.8V的電壓范圍內(nèi)以1C的倍率充放電時(shí)，放電比容量為158.3mAhg1，50次循環(huán)后容量保持率可達(dá)87.7%，在0.1C和2C時(shí)的放電比容量分別為281.3和121.9mAhg1。利用上述制備方法，可以得到

5、粒徑較小、電化學(xué)性能良好的富鋰層狀材料，但其循環(huán)穩(wěn)定性相對其他正極材料仍存在一定差距。為解決這一問題制備了一系列不同YOF包覆量的富鋰層狀氧化物L(fēng)i1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2，發(fā)現(xiàn)當(dāng)包覆適量的YOF（2wt%）時(shí)Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料的電化學(xué)性能得到提高。2wt%YOF包覆的樣品在1C下放電容量為150mAhg1，且在100次循環(huán)后容量保持率可達(dá)85.6%。另外，本論文也在富鋰層狀材料