水熱法合成富鋰正極材料及其改性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)鋰離子電池的要求也越來(lái)越高,亟需開(kāi)發(fā)一種高能量、高功率新型正極材料以替換現(xiàn)有商業(yè)化的LiCoO2材料。近年來(lái),富鋰層狀氧化物材料因其具有高比容量、熱穩(wěn)定性好、成本低以及對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),而受到人們廣泛的研究。然而,富鋰層狀氧化物材料目前仍然存在著一些問(wèn)題,如首次庫(kù)侖效率低、倍率性能差等。因此,針對(duì)富鋰層狀氧化物的制備改良與性能改善研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　本論文以MnSO4、NiSO4、

2、LiOH和LiNO3為原料,以(NH4)2S2O8為氧化劑,通過(guò)一步水熱法合成均勻納米級(jí)的富鋰正極材料。系統(tǒng)的考察了鋰離子濃度及水熱時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的影響。采用X-射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等分析方法來(lái)對(duì)材料進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明,鋰離子濃度對(duì)層狀富鋰材料的制備起著關(guān)鍵作用。在最佳的2.5 M鋰離子濃度下所制備的富鋰材料的化學(xué)計(jì)量比為L(zhǎng)i0.94[Li0.14Ni0.26Mn0.58]O2,其呈片狀

3、形貌,具有均勻的粒徑分布,顆粒尺寸在80 nm左右,厚度在20 nm左右。比表面積測(cè)試其具有35.60 m2 g-1的高比表面積。電化學(xué)測(cè)試表明,0.1 C下其放電比容量高達(dá)278 mAh g-1,5 C(1500 mA g-1)下仍能達(dá)到185 mAh g-1。
　　通過(guò)類似的方法我們獲得Co摻雜的均勻納米級(jí)Li0.96[Li0.14Co0.09Ni0.21Mn0.55]O2富鋰材料,并對(duì)其成功進(jìn)行了AlF3包覆。研究結(jié)果表明,

4、Co具有穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)導(dǎo)電性的特性,AlF3包覆提高了電極的比容量及首次庫(kù)倫效率(從85.3％提高到90.8%)。電化學(xué)阻抗譜分析結(jié)果表明,AlF3包覆能夠預(yù)活化富鋰材料表面,降低初始擴(kuò)散阻抗。
　　通過(guò)使用添加劑在水熱條件下對(duì)材料進(jìn)行控制合成,結(jié)果發(fā)現(xiàn)表面活性劑對(duì)產(chǎn)物形貌無(wú)明顯影響,而高分子聚合物——PVP對(duì)形貌影響較大,產(chǎn)物從片狀變?yōu)轭w粒狀,且粒徑分布更為均勻。而離子液體的添加量對(duì)產(chǎn)物有重要影響,當(dāng)添加量較多時(shí)(大于1 m