鋰離子電池富鋰三元正極材料的研究.pdf

1、富鋰材料以其高比容量、高電壓、高安全性及環(huán)保成為人們研究的熱點(diǎn)，也是下一代鋰離子電池正極材料的熱門候選之一。本文選擇研究較普遍的錳、鎳、鈷三元富鋰材料為研究對(duì)象，以提高其電化學(xué)性能為研究目標(biāo)，對(duì)材料的合成方法及工藝參數(shù)條件、摻雜改性、表面包覆改性、過渡金屬組分含量對(duì)材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、形貌與電化學(xué)性能間的關(guān)系展開了深入、系統(tǒng)的研究。
　　分別采用固相法、溶膠-凝膠法、微波法及超聲共沉淀法來合成富鋰材料Li1

2、.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2。通過加入表面活性劑CTAB的溶膠-凝膠法，可制得顆粒粒度均勻，細(xì)小的富鋰正極材料，首次放電比容量可達(dá)282.7 mAh/g。采用超聲共沉淀法合成的富鋰材料，超聲12 h后，放電過程同未超聲的對(duì)比有一個(gè)明顯的活化過程，最高放電比容量出現(xiàn)在大約10次充放電左右，材料的循環(huán)性能最好，100次充放電后的容量保持率由未超聲處理的78.4％提高到89.7%。本文首次將超聲共沉淀法中的超聲時(shí)間延長(zhǎng)到12

3、h應(yīng)用到富鋰材料的制備上，發(fā)揮超聲的特殊作用，使得材料的晶體特性明顯，顆粒完整，顆粒表面隨著超聲時(shí)間延長(zhǎng)而更加光滑。
　　采用摻雜改性來改善富鋰材料的結(jié)構(gòu)，通過不同加量的的鉬摻雜改性制得系列富鋰材料Li1.2Mn0.54Ni0.13-xCo0.13MoxO2（x=0.01，0.03，0.05，0.07，0.09），系列材料的XRD圖譜晶格精修發(fā)現(xiàn)，隨著摻雜量的增多，晶格體積變大，鋰離子轉(zhuǎn)移通道更佳，但是粒徑分析卻發(fā)現(xiàn)摻雜量的越多，

4、顆粒粒徑越大。當(dāng) x=0.05時(shí)，材料首次放電比容量可達(dá)310 mAh/g，100次循環(huán)后，容量保持率為81.4%。為了考察摻雜元素的原子半徑對(duì)材料的結(jié)構(gòu)及性能的影響，分別摻雜了Cr、Mo和W三種元素，發(fā)現(xiàn)原子半徑越大，摻雜后富鋰材料的晶格體積也越大，原子半徑對(duì)材料的結(jié)構(gòu)有影響。
　　采用在電解液中非常穩(wěn)定的氟化物對(duì)其進(jìn)行表面包覆改性處理。分別包覆了NiF2、LaF3以及YF3，YF3包覆改性富鋰材料還未見報(bào)道，研究了不同YF3包

5、覆量處理的材料的結(jié)構(gòu)與性能，包覆量為5 wt.%時(shí)，首次放電比容量為250.8 mAh/g，首次充放電過程的庫(kù)侖效率由70%增大到了76.3%，該材料100次充放電后的容量保持率由未包覆的79.2%提高到85.2%。
　　從材料的組分優(yōu)化考慮，研究了單種過渡金屬的高含量的富鋰材料的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能，在同一合成參數(shù)下，鈷基富鋰材料Li1.2Co0.54Mn0.13Ni0.13O2的循環(huán)性能最好，100次循環(huán)后容量保持率為83.8%，