Li-Ni-Co-Mn系锂电池正极材料的制备及其电化学性能研究

【摘要】锂离子电池已经广泛的应用于便携式电子设备,研究人员集中研究大容量的电池应用于电动汽车和混合动力汽车,风电和光伏等储能领域。Li-Ni-Co-Mn-0正极材料被认为是一种很有前途的正极材料。与钴酸锂正极材料相比,层状的Li-Ni-Co-Mn-0正极材料有很多优势,比如成本优势、高的放电容量和好的安全性能等。本论文包括以下工作：(1)以LiOH+NH3·H20、NaOH+NH3·H2O、(NH4)2C2O4+NH3·H20为沉淀剂,采用共沉淀法制备了Ni、Co、Mn三元共沉淀前驱体,再用传统水热法后处理,合成了锂离子层状正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。充放电实验结果表明：以LiOH+NH3·H2O为沉淀剂,且Li/Ni1/3Co1/3Mn1/3O2=5:1,水热反应180℃,4天条件下所制备的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的电化学性能较好。在2.4-4.4V、0.1C倍率下,首次放电比容量达192.6mAh/g。在此基础上,采用共沉淀法制备了Li2MnO3与LiNi1/3Co1/33Mn1/3O2复合的锂离子电池正极材料。电化学测试结果表明,摩尔比为4：6,5：5,水热180℃,2天条件下,用Li2Mn03进行表面包覆后比未包覆材料的初期放电比容量略有降低,但是材料的循环性能有所提高。x=0.4的包覆材料,高温煅烧3h,5h的首次恒流(2.5-4.8V)放电比容量分别为210.4mAh/g和146.2mAh/g。20次循环后比容量分别为210.OmAh/g和129.2mAh/g。x=0.5时,首次恒流放电比容量分别为189mAh/g和202.1mAh/g。20次循环后比容量分别为148.6mAh/g和147.7mAh/g;(2)采用草酸盐共沉淀法制备前驱体,传统高温固相烧结制备锂离子电池正极材料LiNi1/3/3Co1/3Mn1/302,经过Li7La3Zr2012进行表面修饰,显著提高材料循环性能的和倍率性能。通过X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV)进行材料结构的表征并进行电化学性能测试。未经表面修饰的材料与经过Li7La3Zr2012表面修饰的材料在0.1C倍率下的首次放电容量相差不大。但经过Li7La3Zr2012表面修饰的材料的循环性能和倍率性能要比未经表面修饰的材料有明显提高；(3)以过渡金属乙酸盐和乙酸锂为原料,柠檬酸为螯合剂,通过溶胶-凝胶法结合微波高温煅烧法辅助制备了锂离子电池锰基富锂正极材料Li1.23Mn0.56Nio.i2Co0.0602,采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试对所得样品的结构,形貌及电化学性能进行了表征。结果表明：微波烧结5min得到的层状Li1.23Mn0.56Ni0.12Co0.06O2材料颗粒均匀细小,并具有良好的电化学性能,在25℃下,以17mA/g电流密度充放电,2.0-4.8V电压范围内首次放电比容量高达251.5mAh/g,循环20次后放电比容量为215mAh/g,容量保持率为85.5%。
【作者】倪颖；
【导师】李洲鹏；
【作者基本信息】浙江大学，化学工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】锂离子电池；锂电池正极材料；合成方法；电化学性能；

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