li1.07ni0.4mn0.53o2的合成與低溫性能改性研究

1、分類號： 密 級： U D C： 學(xué) 號： 碩士學(xué)位論文 2015 年 5 月 30 日 Li1.07Ni0.4Mn0.53O2 的合成與低溫性能改性研究 的合成與低溫性能改性研究 Preparation and modification on low-temperature performance for Li1.07Ni0.4Mn0.53O2 作 者 姓 名： 劉熙林 學(xué) 科

2、、專 業(yè)： 材料學(xué) 指 導(dǎo) 教 師： 鐘盛文 教授 研 究 方 向： 鋰離子電池及其材料 學(xué) 位 類 別： 工學(xué)碩士 江西理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 I 摘 要 鋰離子電池富鋰錳基正極材料因具有循環(huán)性能好，價格低廉，綠色環(huán)保等優(yōu)點

3、而得到廣泛關(guān)注，但是該材料仍存在低溫性能較差的缺陷。若可以改善其低溫性能，將推動富鋰錳基正極材料在航空航天以及日漸興起的電動汽車等行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。 本文采用氫氧化物共沉淀法結(jié)合高溫固相法合成出了 Li1.07Ni0.4Mn0.53O2 正極材料，并采用離子摻雜和表面包覆的方法對其進行了改性研究，利用 X 射線衍射分析、掃描電鏡、電化學(xué)阻抗等測試手段對材料進行了性能表征。 首先，在 Li1.07Ni0.4Mn0.53O2 正極材料的合成工

4、藝研究中，探討了不同配鋰量，燒結(jié)溫度以及保溫時間對 Li1.07Ni0.4Mn0.53O2 性能的影響。研究結(jié)果表明，配鋰量為 1.08，燒結(jié)溫度為 950℃， 保溫時間為 16h 所合成的 Li1.07Ni0.4Mn0.53O2 正極材料的結(jié)晶程度較高，層狀結(jié)構(gòu)較好，顆粒粒徑適中，電化學(xué)性能最佳，其在 25℃下，2.75V～4.2V 電壓范圍內(nèi)，以 0.5C 倍率進行充放電循環(huán)時，首次放電比容量達到 127.0mAh/g，100 次循

5、環(huán)后的容量保持率為 98.7%，300 次循環(huán)后的容量保持率為 96.4%，表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性能。但試樣的低溫性能較差，在-20℃，0.2C 下僅能放出約為 25℃，0.2C 放電容量的36.7%。 其次，采用 Al 摻雜合成了 Li1.07(Ni0.4Mn0.53)1-xAlxO2 正極材料。研究發(fā)現(xiàn)適量 Al 的摻入會降低材料的首次放電比容量，但可以提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。摻入適量 Al 后材料的顆粒粒度減小， 電荷傳遞阻抗降低，

6、 低溫性能得到改善。 當 x=0.03 時， 材料在-20℃，0.2C 下可放出約為 25℃，0.2C 放電容量的 41.1%。 再次，采用 Al2O3 對 Li1.07Ni0.4Mn0.53O2 正極材料進行了表面包覆。研究發(fā)現(xiàn)，適量Al2O3 的包覆可以提高材料的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性能，在一定程度上改善材料的倍率性能，但包覆量太大時，材料的放電比容量下降較為明顯，循環(huán)性能變差。此外，適量 Al2O3 的包覆可以降低材料的電荷傳遞阻

7、抗，改善材料的低溫性能。其中 Al2O3 包覆量為 0.7 wt%時所得材料在-20℃，0.2C 下可放出約為 25℃，0.2C 放電容量的 42%。 最后，采用 Co 摻雜合成了 Li1.07Ni0.4-x/2CoxMn0.53-x/2O2 正極材料。研究發(fā)現(xiàn)，Co 的摻入可以完善材料的層狀結(jié)構(gòu)，減小材料的顆粒粒度，提高材料的放電比容量和倍率性能。隨著 Co 摻入量的增加，材料的放電比容量逐漸增大，電荷傳遞阻抗逐漸降低，低溫放電效率逐