鋰離子電池lini0.8co0.15al0.05o2正極材料的合成、改性及儲存性能研究

1、分類號U D C博士學位論文密級鋰離子電池L i N i o ．8 C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 2正極材料的合成、改- 性及儲存性能研究S y n t h e s i s ，m o d i f i c a t i o na n d s t o r a g e r e s e a r c ho f L i N i o ．8 一C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 2c a t h o d e m a t e

2、r i a l sf o rl i t h i u m —i o n b a t t e r i e s作者姓名： 學科專業(yè)：學院( 系、所) ：指導教師：吾I J 指導教師：劉萬民冶金工程冶金科學與工程學院胡國榮教授彭忠東副教授中 南 大 學2 0 1 2 年1 0 月．罵戳摘要在鋰離子電池富鎳系L i N i 0 2 基正極材料中，L i N i o ．8 C o o ．1 5 A 1 0 - 0 5 0 2作為L i N i 0

3、2 、L i C 0 0 2 和L i A l 0 2 三者的固溶體，同時具備了容量高，熱穩(wěn)定性好和價廉低毒等優(yōu)點，被認為是能夠取代L i C o O ：的第二代綠色鋰離子電池正極材料。但是，L i N i o ．8 C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 2 仍然存在充放電過程中容量衰減較快、倍率性能不好和儲存性能極差等缺陷，嚴重阻礙了其大規(guī)模的應用。為此，本文采用不同的方法對其進行制備和改性研究，以改善其電化學性能和儲存性能

4、。以控制結(jié)晶法制備的球形N ‰C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 ( O H ) 2 ．0 5 為前驅(qū)體，采用加壓氧化法制備了L i N i o ．8 C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 2 正極材料。分析了L i O H ·H 2 0用量、氧氣壓力、溫度和時間等因素對材料結(jié)構和電化學性能的影響。在優(yōu)化工藝條件下，所得L i N i o ，8 C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 2 正極材料振實

5、密度為2 ．5 7g ·c m 一，在2 ．8 - - 4 ．3V 電位范圍內(nèi)，以0 ．2C 進行充放電，首次放電比容量達到1 9 0 m A h ·g ～，3 0 次循環(huán)后容量保持率為9 l ％。采用共氧化．控制結(jié)晶法制備了球形N ‰C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 0 H 前驅(qū)體，詳細討論了N ‰C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 0 H 的形成機理，( N I L ) 2 S 2 0

6、8 用量、p H值、溫度和時間等因素對前驅(qū)體振實密度和鎳離子平均氧化態(tài)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反應初期，以【N i ∽C o 叫，A 1 。。，( H ：o ) ?( N H ，) ，】2 ‘0 5 + 絡離子的先沉淀后氧化為主，反應中后期，p f l , [ N i 姚C o 叫，A I 吣( H ：o ) ～( N H ，) ，] 2 ‘0 5 + 絡離子的先氧化后沉淀為主，最終得到N ‰C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 0

7、 H 。在優(yōu)化工藝條件下，所得前驅(qū)體振實密度達到1 ．8 8 g ．c m ～，鎳離子平均氧化態(tài)為3 。以該前驅(qū)體制備的L i N i o ．8 C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 2 正極材料幾乎不存在陽離子混排，層狀結(jié)構最完整，顯示出了優(yōu)異的電化學性能，在2 ．8 ~ 4 ．3V 電位范圍內(nèi)，以0 ．2 C 充放電，首次放電比容量達到1 9 6 ．8 m A h ·g ～，5 0 次循環(huán)后容量保持率為9 6 ．

8、1 ％。對熔鹽法制備L i C 0 0 2 表相改性“N 譏C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 2 正極材料作了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明，優(yōu)化工藝條件下，可在L i N i o ．8 C o o ．1 5 A 1 0 ．0 5 0 2基體材料表面均勻而又牢固地沉積一層厚度約為5 0n r n 的L i C 0 0 2 薄膜。3 ．0w t ．％L i C 0 0 2 表相改性的L i N i o ．8 C o o ．1 5 A