鋰離子電池正極材料用球形和非球形Li(NixCoyMnz)O2的合成及性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有高電壓、高容量、無公害、無記憶效應、自放電少、循環(huán)性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點，因而被認為是性能卓越的新一代綠色高能電池。正極材料是鋰離子電池中的重要組成部分，因而正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能。三元正極材料Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2具有以下優(yōu)點：1.可逆容量高；2.循環(huán)性能好；3.安全性高；4.對環(huán)境無污染等。因而有望成為取代正極材料LiCoO2的最佳候選材料，是目前研究的熱點之一。三元正極材料Li(Ni

2、1/3Co1/3Mn1/3)O2中的錳、鈷、鎳三種元素具有不同的性質，如果三種元素按照不同的比例來合成三元材料，則所制備的正極材料會顯示出各自不同的特點，比如正極材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2，因為鎳的含量增高，則表現(xiàn)出較高的容量和較低的成本，但是安全性能和循環(huán)性偏低。這類正極材料適用于小型的用電器。基于上述思路，本論文針對三元系正極材料中三種元素的不同比例展開研究，并用所制備的材料與目前商用的材料進行對比，進而分析了材

3、料的結構對電池性能的影響，主要研究內(nèi)容和結論如下：
　　1、本論文首先綜述了目前鋰離子電池三元正極材料的研究進展，主要針對三元材料的元素構成和結構特點及存在的問題進行了充分的調(diào)研。
　　2、本章主要討論了應用二次干燥共沉淀法制備Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2的前驅體性能，。應用共沉淀法合成出三元材料非球形Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2，用此材料和商用球形三元材料Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2

4、進行了對比。
　　3、采用共沉淀二次干燥法合成制備出正極材料Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2，探討前驅體的制備溫度和反應時間對三元材料Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2的影響。由于鈷和錳的含量大幅提高，鈷含量的增多使二維層狀結構更加穩(wěn)定，錳含量的增多提升了安全性能，不僅提高了循環(huán)性能，而且大大增強了使用的安全性，也兼顧了高容量，但是鈷的成本較高，適用于動力電源。
　　4、采用共沉淀二次干燥法合成制備出三元正

5、極材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2。由于提高了鎳的含量因而大大提升材料的比容量，降低了鈷的含量又能降低材料成本，此種材料具有比容量高，循環(huán)性能優(yōu)異，高溫儲存性能好等特點。與商用球形的材料相比，非球形材料具有更高的首次放電效率，容量更高，且電壓平臺更長。這主要得益于非球形Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2鋰層中陽離子的混排較小，對材料的首次充放電效率及容量和電壓平臺影響更小，因此以Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1

6、)O2為正極的鋰離子電池主要應用于小型家用電器及大型儲能裝置。
　　Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2，探討前驅體的制備溫度和反應時間對三元材料Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2的影響。由于鈷和錳的含量大幅提高，鈷含量的增多使二維層狀結構更加穩(wěn)定，但是鈷的成本較高，適用于動力電源。
　　5、采用共沉淀二次干燥法合成制備出正極材料Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)O2，并通過XRD和充放電等手段對材料的結構