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《湘潭大学》 2006年
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锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的合成及其电化学性能研究

罗旭芳  
【摘要】:锂离子电池因其高能量密度,高功率密度和长的循环寿命被广泛地应用于可移动电子设备,如手机和掌上电脑等,并逐步向电动汽车、混合型电动汽车和高效储能系统等领域拓展。目前,商业化锂离子电池主要采用LiCoO_2作为正极材料,但由于成本和安全性问题,LiCoO_2已不能满足锂离子电池发展的需要,在过去的十年里为寻找LiCoO_2的替代材料做出了大量努力。近来,Li[Ni_xCo_(1-2x)Mn_x]O_2体系中,x=1/3的特例LiNi_(_(1/3))Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2综合了LiCoO_2、LiNiO_2、LiMnO_2三种材料的优点,具有较高的可逆容量、稳定的循环性能、优异的热稳定性和倍率性能,并且成本低廉,被认为是混合电动汽车能源系统正极材料的最佳候选者之一,从而引起了广泛的研究兴趣。本文采用形貌控制、热分析、结构分析和电化学研究方法等实验手段,从合成方法、形貌及粒径分布、结构特征、电化学性能等多方面对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料进行了系统深入的研究,制备出性能良好的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电极材料。 本文采用氨配合氢氧化物共沉淀法制备出粒径均匀的球形(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))(OH)_2粒子。考察了反应时间、溶液的pH值、加氨量对前驱体(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))(OH)_2物理和化学性能的影响,探索出适宜于空气气氛条件下制备目标产物的前驱体(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))(OH)_2的最佳工艺条件为:pH=10.5,NH_3/M=0.8,反应时间t=16 h。 以球形(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))(OH)_2为前驱体,建立并优化了以氨配合氢氧化物共沉淀法预处理固相合成高密度球形LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电极材料的方法。发现LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料能在700℃的低温下合成并具有较好的电化学性能。重点采用结构精修方法详细剖析了不同烧结温度和烧结时间及不同Li/(Ni+Mn+Co)条件下合成样品的结构特征,结合充放电实验结果,优化了的固相合成条件为:Li/(Ni+Mn+Co)=1.07,材料压片,在480℃预热5 h,再于650℃预热9 h,然后在850℃锻烧18 h即得产品。 最后,本论文对优化条件下合成的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电极材料形貌,密度,结构进行了表征,并重点探讨了LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的电化学性能。最优条件下合成的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2粉末保持了原中间体形貌,仍为二次球形粒子,仅粒子的初级结构从棒形变为棱柱形,测得样品的振实密度为2.38 g·cm~(-3),接近于商业化LiCoO_2。研究结果表明所制备的粉末为高度有序层状结构,具有良好的电化学性能。
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O611.3

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