鋰離子電池正極材料LiNi-,1-3-Co-,1-3-Mn-,1-3-O-,2-的合成及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池因其高能量密度，高功率密度和長的循環(huán)壽命被廣泛地應(yīng)用于可移動電子設(shè)備，如手機(jī)和掌上電腦等，并逐步向電動汽車、混合型電動汽車和高效儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域拓展。目前，商業(yè)化鋰離子電池主要采用LiCoO2作為正極材料，但由于成本和安全性問題，LiCoO2已不能滿足鋰離子電池發(fā)展的需要，在過去的十年里為尋找LiCoO2的替代材料做出了大量努力。近來，Li[NixCo1-2xMnx]O2體系中，x＝1/3的特例LiNi1/3Co1/3Mn1/3

2、O2綜合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2三種材料的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的可逆容量、穩(wěn)定的循環(huán)性能、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和倍率性能，并且成本低廉，被認(rèn)為是混合電動汽車能源系統(tǒng)正極材料的最佳候選者之一，從而引起了廣泛的研究興趣。本文采用形貌控制、熱分析、結(jié)構(gòu)分析和電化學(xué)研究方法等實(shí)驗(yàn)手段，從合成方法、形貌及粒徑分布、結(jié)構(gòu)特征、電化學(xué)性能等多方面對LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，制備出性能良好的LiNi1/3Co

3、1/3Mn1/3O2電極材料。 本文采用氨配合氫氧化物共沉淀法制備出粒徑均勻的球形(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2粒子。考察了反應(yīng)時(shí)間、溶液的pH值、加氨量對前驅(qū)體(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2物理和化學(xué)性能的影響，探索出適宜于空氣氣氛條件下制備目標(biāo)產(chǎn)物的前驅(qū)體(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2的最佳工藝條件為：pH=10.5，NH3/M=0.8，反應(yīng)時(shí)間t=16 h。 以球形(Ni1

4、/3Co1/3Mn1/3)(OH)2為前驅(qū)體，建立并優(yōu)化了以氨配合氫氧化物共沉淀法預(yù)處理固相合成高密度球形LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2電極材料的方法。發(fā)現(xiàn)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料能在700℃的低溫下合成并具有較好的電化學(xué)性能。重點(diǎn)采用結(jié)構(gòu)精修方法詳細(xì)剖析了不同燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間及不同Li/(Ni+Mn+Co)條件下合成樣品的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合充放電實(shí)驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化了的固相合成條件為：Li/(Ni+Mn+Co)＝

5、1.07，材料壓片，在480℃預(yù)熱5 h，再于650℃預(yù)熱9 h，然后在 850℃鍛燒18 h即得產(chǎn)品。 最后，本論文對優(yōu)化條件下合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2電極材料形貌，密度，結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并重點(diǎn)探討了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的電化學(xué)性能。最優(yōu)條件下合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉末保持了原中間體形貌，仍為二次球形粒子，僅粒子的初級結(jié)構(gòu)從棒形變?yōu)槔庵危瑴y得樣品的振實(shí)密度為2.