新型富鋰錳基固溶體鋰離子電池正極材料的制備及表征.pdf

1、鋰離子電池作為目前性能優(yōu)異的儲(chǔ)能方式之一，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，從電子元器件到汽車(chē)輪船等交通領(lǐng)域，都可以看到鋰離子電池的身影。汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用是鋰離子電池目前發(fā)展的一個(gè)最為主要的方向。這一應(yīng)用要求鋰離子電池具有較高的能量密度，較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)具備成本低，安全性高以及環(huán)境友善等特點(diǎn)。目前已開(kāi)發(fā)的鋰離子電池正極材料大多都不能同時(shí)滿足這些要求。最近，具有較高能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性能的層狀富鋰錳基固溶體正極材料 xLi2MnO3?(1

2、-x)LiMO2受到了廣泛的關(guān)注。隨著人們對(duì)該種材料的深入研究，具有層狀-層狀結(jié)構(gòu)和層狀-尖晶石結(jié)構(gòu)的材料被開(kāi)發(fā)出來(lái)。最近人們又提出向?qū)訝?層狀結(jié)構(gòu)材料中復(fù)合一種尖晶石結(jié)構(gòu)，獲得具有層狀-層狀-尖晶石結(jié)構(gòu)的正極材料。從而使得材料的比容量和循環(huán)性能得到進(jìn)一步的提高。
　　本文以富鋰錳基固溶體正極材料0.5Li2MnO3?0.5LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2為基礎(chǔ)，主要研究合成方法和尖晶石結(jié)構(gòu)的復(fù)合對(duì)其電化學(xué)性能的影響。

3、>　　在合成方法上，對(duì)傳統(tǒng)的共沉淀方法進(jìn)行改進(jìn)，首次采用兩步溫度共沉淀法合成出層狀-層狀結(jié)構(gòu)固溶體正極材料0.5Li2MnO3?0.5LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2。物性和電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明：兩步溫度共沉淀法合成出的材料具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)和球形顆粒。初始合成溫度較低時(shí)，所得材料在0.1C（1C=250 mA?h/g）倍率下首次放電比容量可達(dá)280 mA?h/g以上；在0.5C倍率下首次放電比容量也可達(dá)208.7 mA?h/g

4、，并且經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后放電比容量依然保持在170 mA?h/g以上。
　　為進(jìn)一步提高性能，合成出具有層狀-層狀-尖晶石結(jié)構(gòu)的富鋰錳基固溶體正極材料δ[0.5Li2MnO3?0.5LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2]?(1-δ)Li0.5Mn4/6Ni1/6Co1/6O2（也可寫(xiě)為 LixMn4/6Ni1/6Co1/6Oy），采用兩步溫度共沉淀法，通過(guò)降低具有層狀-層狀結(jié)構(gòu)材料0.5Li2MnO3?0.5LiMn1/3Ni1/

5、3Co1/3O2中的Li含量，同時(shí)控制Mn:Ni:CO的摩爾比為4:1:1來(lái)獲得，所得材料的物性和電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)構(gòu)表明：兩步溫度共沉淀法可以成功制備出 LixMn4/6Ni1/6Co1/6Oy系正極材料。初始合成溫度為50℃時(shí)，合成出的材料Li1.4Mn4/6Ni1/6Co1/6O2.45具有良好的表面形貌，球形顆粒較多，在0.1C倍率下，材料的放電比容量為259.2 mA?h/g，在0.5C倍率下依然可以達(dá)到160.6 mA?h/g

6、的首次放電比容量，循環(huán)50次后放電比容量仍可達(dá)到141.9 mA?h/g，其倍率性能不佳；而當(dāng)初始合成溫度為60℃時(shí)，合成出的材料Li1.3Mn4/6Ni1/6Co1/6O2.4的表面形貌較為優(yōu)異，細(xì)小的球形顆粒較多；在0.1C倍率下，材料的放電比容量高達(dá)305.3 mA?h/g，首次充放電循環(huán)效率為74.1％，在0.5C倍率下首次放電比容量為209.4 mA?h/g，經(jīng)過(guò)50次循環(huán)后放電比容量為168.8 mA?h/g，容量保持率不是