富鋰錳基正極材料的制備及改性研究.pdf

1、富鋰錳基正極材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Co、Fe和Ni1/2Mn1/2等)具有高可逆容量（200-300mAh·g-1），高工作電壓(3.8V)，良好熱穩(wěn)定性，成本低，環(huán)境友好無污染等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的廣泛關(guān)注。但是由于其首次充放電效率低，循環(huán)性能和倍率性能差等缺點(diǎn)，限制了其商業(yè)化的應(yīng)用。為了解決這些不足之處，本文從合成工藝、表面包覆以及體相摻雜等多方面進(jìn)行了研究改性，并取得了一定進(jìn)展。
　　本論文采用SEM、

2、XRD、XPS、HRTEM、拉曼以及一系列電化學(xué)測試手段研究了物理形貌、晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能等方面的關(guān)系，以找到制備高性能富鋰材料的合成工藝及改性方法。本論文用乙酸鹽為原料，通過溶膠凝膠法合成富鋰錳基材料。研究了煅燒溫度、煅燒時(shí)間、絡(luò)合劑選擇以及組分對材料形貌和電化學(xué)性能的影響，找到了最佳合成工藝條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以檸檬酸為絡(luò)合劑，x=0.5組分，450℃下預(yù)燒5h，900℃煅燒12h后制得的富鋰材料Li1.2Mn0.54Ni0.13

3、Co0.13O2晶體形貌及電化學(xué)性能最佳。在1C（200mAh·g-1）的電流密度下，100次循環(huán)之后，可逆放電容量達(dá)176.4mAh·g-1;5C時(shí)首次可達(dá)60.1mAh·g-1。
　　首先通過液相法在Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2表面成功包覆磷酸鹽包覆層，通過分析對比FePO4、Mg3(PO4)2和AlPO4包覆后材料的結(jié)構(gòu)形貌及電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)AlPO4包覆后材料結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化，并且當(dāng)AlPO4包覆量為

4、5％時(shí)，電化學(xué)性能最佳，1C電流密度下循環(huán)100次后的可逆放電比容量為212.3mAh·g-1，容量保持率高達(dá)91％。5C時(shí)仍有99.1mAh·g-1。說明AlPO4包覆層阻礙了體相材料和電解液的接觸，抑制了與電解液副反應(yīng)的發(fā)生。
　　其次，通過液相法將石墨烯與Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2復(fù)合，復(fù)合量為4％時(shí)，1C電流密度下循環(huán)50次后的可逆放電比容量為209.2mAh·g-1，容量保持率為85.8％。在0.

5、1C、0.2C、1C、2C和5C倍率下放電比容量分別為274.9mAh·g-1、260.3mAh·g-1、237.6mAh·g-1、225.3mAh·g-1、164.6mAh·g-1和110.7mAh·g-1，表明石墨烯的高電子導(dǎo)電性提高了材料的倍率性能。
　　最后，通過體相摻雜Al來替代Co以減小材料中的陽離子混排，當(dāng)摻雜量為0.05時(shí)，1C下首次放電比容量為230.0mAh·g-1，循環(huán)100次后為204.3mAh·g-1，容