高容量富鋰鋰離子電池正極材料的制備、改性及性能研究.pdf

1、高容量是未來鋰離子電池發(fā)展的重要趨勢，而目前已經(jīng)商業(yè)化的鋰離子電池采用的正極材料主要為LiCoO2，比容量只有140mAh·g-1，同時由于 Co有毒，資源有限導(dǎo)致價格昂貴，因此開發(fā)新型正極材料成為鋰離子電池研究的重點。
　　富鋰層狀正極材料 Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2因其容量高、新的充放電機(jī)理、成本低成為近年來鋰離子電池正極材料的熱點。因為引入結(jié)構(gòu)穩(wěn)定單元Li2MnO3，當(dāng)首次充電電壓大于4.5V時

2、，會出現(xiàn) L型電壓平臺，首次放電比容量高達(dá)200mAhg-1?；谠摬牧?，本論文的研究內(nèi)容主要可以分為以下幾部分：
　?。?）采用溶膠-凝膠法制備了富鋰正極材料，首先探究了煅燒溫度對富鋰正極材料 Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的性能的影響，在最佳煅燒溫度850℃溫度下煅燒的材料的首次放電容量為254.2 mAh·g-1，首次庫倫效率為76.1％，16周循環(huán)后，材料保持容量分別為141.6 mAh·g-1；在850℃溫度

3、下制備了系列富鋰正極材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2(x=0.1-0.5)，隨著 x的增大，富鋰正極材料的首次充電容量和放電容量都呈現(xiàn)減小趨勢，首次庫倫效率逐漸變大；對Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2進(jìn)行Co3+、V5+摻雜研究，發(fā)現(xiàn) Co3+摻雜后材料的放電比容量和循環(huán)性能都得到了很大改善，而 V5+摻雜能提高材料的首次庫倫效率，卻使材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)性能惡化
　?。?）采用循環(huán)伏安法（

4、CV）和容量間歇滴定技術(shù)（CITT）兩種不同的方法測定了富鋰正極材料 Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的擴(kuò)散系數(shù)。循環(huán)伏安法測定的了富鋰正極材料 Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的表觀鋰離子擴(kuò)散系數(shù)為6.04×10-12cm2s-1；而根據(jù)容量間歇滴定技術(shù)（CITT）法計算的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)為3.13×10-12到1.22×10-10cm2s-1，充電過程中鋰離子擴(kuò)散系數(shù)隨充電電壓的變化趨勢為：當(dāng)電壓為3.8V到4.0

5、V之間，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)隨著電壓升高而變大，并且在4.0V達(dá)到最大值1.22×10-10cm2s-1；當(dāng)電壓達(dá)到4.3V時，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)迅速下降。
　　（3）通過對交流阻抗的等效電路分析，采用多電流密度的時域暫態(tài)技術(shù)計算了富鋰正極材料 Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2在不同放電倍率下的各部分極化及其占總極化的百分率。計算結(jié)果與試驗曲線相吻合，從計算結(jié)果我們可以得到，Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2/Li半電池的