新型高比容量富鋰鎳錳鉻三元正極材料的制備與特性研究.pdf

1、本工作以Li[Li1/3Mn2/3]O2-LiCrO2-LiNi1/2Mn1/2O2組成的體系為研究對象，主要研究了不同合成方法對材料的結(jié)構(gòu)、元素價(jià)態(tài)與電化學(xué)性能的影響。具體而言，利用噴霧干燥法和水熱法分別合成三元富鋰Li-Ni-Mn-Cr-O正極材料，并利用XRD、XPS、ICP、TEM、SEM等多種表征手段對材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)、價(jià)態(tài)、形貌以及電化學(xué)性能的研究。
　　 在晶體結(jié)構(gòu)方面，由噴霧干燥法合成的樣品Li1+2xMn0.3+x

2、Ni0.3-3xCr0.4O2(x=1/60、1/30、1/20、1/15、1/12，以下簡稱為SD1-SD5)和Li1.2Mn0.4+xNixCr0.4-2xO2(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20，以下簡稱為SD6-SD10)材料具有層狀α-NaFeO2結(jié)構(gòu)，屬于R3m空間群；由水熱法合成的Li2+4xMn0.6+2xNi0.6-6xCr0.8O4(x=l/60、1/30、1/20、1/15、1/12，以下簡稱為H1-H

3、5)材料具有尖晶石結(jié)構(gòu)，屬于Fd3m空間群。
　　 在元素價(jià)態(tài)方面，由噴霧干燥法合成的SD1-SD5和SD6-SD10樣品中Cr元素為Cr6+和Cr3+共存，Ni元素為+2.5價(jià)，Mn元素為+4價(jià)，Li元素為+1價(jià)；而由水熱法合成的H1-H5樣品Cr元素只存在+3價(jià)，Ni元素為+2.5價(jià)，Mn元素為+4價(jià)，Li元素為+1價(jià)。
　　 此外，SD1-SD5和SD6-SD10系列樣品具有很強(qiáng)的吸濕性，通過ICP和XPS研究發(fā)現(xiàn)

4、，這種現(xiàn)象與樣品中所含的非晶態(tài)Li2CrO4有關(guān)。這種非晶態(tài)的Li2CrO4可通過水洗處理來去除；相反，利用水熱法合成的H1-H5樣品由于沒有Cr6+的存在，因此沒有表現(xiàn)出吸濕性。
　　 在樣品的電化學(xué)行為方面，不同方法合成的樣品其充放電行為也有明顯區(qū)別：利用噴霧干燥法得到的樣品都具有明顯的富鋰層狀固溶體型的電化學(xué)特征；而由水熱法合成的樣品其電化學(xué)行為類似于高電壓鎳錳酸鋰，其比容量主要集中在4.7V附近。進(jìn)一步說，SD1-SD5

5、系列樣品中，隨著x的增大，樣品中Li和Mn元素的含量逐漸增大，其首次放電比容量也依次增大，其中x=1/12(SD5)樣品在20mAg-1的電流密度下首次放電比容量為202.8mAhg-l;對于SD6-SD10系列樣品而言，SD6與SD9的樣品電化學(xué)性能較好，在20mAg-l的電流密度下首次放電比容量分別為246.9和243.9mAhg-1;對于H1-H5材料而言，當(dāng)H5樣品在20mAg-1的電流密度下首次放電比容量為107.3mAhg-