富鋰鎳錳鉻三元正極材料的制備與改性研究.pdf

1、本文以Li[Li1/3Mn2/3]O2-LiCrO2-LiNi1/2Mn1/2O2組成的體系為研究對象，采用溶膠凝膠法合成了五種三元富鋰Li-Ni-Mn-Cr-O正極材料，研究了Cr與Mn+Ni的摩爾比（設(shè)Cr/Mn+Ni為x，x=0.44,0.38,0.29,0.21,0.15以下簡稱A~E）和水洗對材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，選擇出較優(yōu)的材料。然后對較優(yōu)的材料進(jìn)行條件優(yōu)化，詳細(xì)考察了反應(yīng)溫度、溶劑種類、檸檬酸與過渡金屬比、煅燒溫度

2、和煅燒時間對材料電化學(xué)性能的影響，最后對材料進(jìn)行了摻雜和包覆研究。通過XRD進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)表征，SEM進(jìn)行材料表面形貌表征和分析，ICP進(jìn)行元素含量的測定，EIS、CV、恒流充放電測試進(jìn)行電化學(xué)性能分析。
　　過渡金屬和檸檬酸摩爾比為1:1，調(diào)節(jié)pH=7，55℃合成A~E系列前驅(qū)體，400℃預(yù)燒4h，800℃煅燒12h，制備出的樣品都具有層狀結(jié)構(gòu)，但有很強的吸濕性；經(jīng)水洗處理未改變晶體結(jié)構(gòu)，提高了該系列材料的電化學(xué)性能；實驗證明，水

3、洗溶出物為Li2CrO4。其中，E樣品水洗處理后(Li1.016Cr0.103Mn0.464Ni0.356O2)的電化學(xué)性能最好。繼續(xù)對Li1.016Cr0.103Mn0.464Ni0.356O2優(yōu)化，以水作溶劑、檸檬酸與過渡金屬配比為1:1、85℃的反應(yīng)溫度、800℃下煅燒12h。合成的Li1.016Cr0.103Mn0.464Ni0.356O2具有典型的富鋰層狀的晶體結(jié)構(gòu)。材料在2.0~4.8V，0.1C下首次放電比容量為190.2

4、mAh/g，經(jīng)過20次充放電循環(huán)后，容量保持率為86.0％。
　　利用溶膠凝膠法對Li1.016Cr0.103Mn0.464Ni0.356O2進(jìn)行 Co、Al摻雜，得到Li1.016Cr0.103Mn0.464-xNi0.356NxO2(x=0.01,0.02,0.03,0.04)，討論了不同摻雜量對Li1.016Cr0.103Mn0.464Ni0.356O2的晶體結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，1%Co摻雜的樣品在小倍率下放電

5、比容量略有提高。在0.1C和0.2C放電比容量分別達(dá)192.1mAh/g、160.2mAh/g；大倍率下循環(huán)穩(wěn)定性顯著提高，在0.5C和1.0C下，循環(huán)10次后，容量保持率分別為98.7%、102.0%。Al摻雜并沒有改善材料的容量，但2%Al的摻雜的樣品在0.5C下的穩(wěn)定性能有了顯著的提高。
　　對Li1.016Cr0.103Mn0.464Ni0.356O2進(jìn)行Al2O3和MgO包覆研究。包覆量分別為1%、2%、3%、4%，其中