層狀鋰離子電池正極材料的制備、表征和性能研究.pdf

1、自鋰離子電池商業(yè)化以后，憑借著循環(huán)穩(wěn)定性好，工作電壓高，沒有記憶效應(yīng)等優(yōu)點，鋰離子電池從手機，相機，筆記本電腦的小型儲能裝置到電動汽車，混合動力汽車等較大型儲能設(shè)備應(yīng)用范圍越來越廣泛。隨之而來，對鋰離子電池能量密度，安全性能和合成成本等方面的要求越來越高。鋰離子電池內(nèi)部主要組成部分為：正極材料，負極材料，隔膜和電解液。對于大部分正極材料而言，其放電比容量小于200 mAh g-1，遠低于石墨負極材料放電比容量的一半。所以對于鋰離子電池整

2、個電化學性能的提升主要還依賴于正極材料的性能改善?，F(xiàn)在很多研究工作者采用各種手段研究開發(fā)能量密度高、電化學性能優(yōu)異的鋰離子電池正極材料。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對于層狀 LiCoO2，利用鋰鎳混排的現(xiàn)象通過溶解凝膠法制備了不同比例Ni摻雜量的LiCoO2。通過X射線衍射（XRD）測試和Rietveld結(jié)構(gòu)精修發(fā)現(xiàn)有一半摻雜量的Ni進入鋰層中，占據(jù)鋰的位置。在電化學循環(huán)性能測試中，Ni摻雜LiCoO2在高電壓的測試中表現(xiàn)出優(yōu)異性

3、。在3.0-4.5V測試時，3mol％Ni摻雜 LiCoO2的放電比容量保持相對穩(wěn)定，100周后的容量保持率為71.8%遠高于純相LiCoO2的33.7%，放電比容量也大約是純相 LiCoO2的兩倍。LiCoO2的倍率性能也沒有因少量Ni的存在而受到影響。對循環(huán)后的材料進行XRD測試，發(fā)現(xiàn)Ni-LiCoO2的衍射峰相比純相的LiCoO2向小角度發(fā)生明顯的偏移，說明循環(huán)之后Ni-LiCoO2的層間距比純相LiCoO2的要大。這都可歸結(jié)為N

4、i在鋰層的支柱效應(yīng)。Ni在鋰層中像柱子一樣支撐層狀結(jié)構(gòu)使得在高電壓下更多的鋰離子脫出，在一定程度上穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，提高了高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性。⑵采用離子交換法合成單斜層狀的m-LiMnO2，在合成的過程中采用兩種錳源：工業(yè)電解二氧化錳和分析純Mn(CH3COO)24H2O。通過XRD衍射峰可以看出，即使工業(yè)電解二氧化錳為錳源仍能制得純度很高的 m-LiMnO2，SEM測試也表明兩種錳源制得的 m-LiMnO2形貌上也沒有顯著差別。對兩種錳源制

5、得的m-LiMnO2進行電化學測試，兩個材料在50 mA g-1的電流密度恒電流充放電100周后，放電比容量都能保持在140 mAh g-1。兩種材料的倍率性能也沒有明顯差異?？傊?，各項測試對比表明：由工業(yè)電解二氧化錳合成的m-LiMnO2具備同樣優(yōu)異的電化學性能。⑶對于層狀富鋰材料，本文采用兩種制備方法：溶膠凝膠法和共沉淀法，對比制備方法對材料形貌及電化學性能的影響。兩種方法制備的材料首周充放電容量一樣，庫倫效率都為75%。但隨著循環(huán)