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锂过量过渡金属氧化物锂离子电池正极材料的研究

彭庆文  
【摘要】: 采用氢氧化物共沉淀前驱体高温固相反应制备了层状LixNi1/3Co1/3Mn1/3O2(0.95≤x1.20)正极材料,应用ICP-OES、AAS对材料进行了成分分析,并采用XRD、晶格精修、SEM、DSC以及充放电测试表征了Li:(Ni+Co+Mn)比对材料结构和性能的影响。结果表明:x≥1.00时,随x值的增大,峰I003/I104的比值R、首次放电比容量及DSC峰值温度均呈现先增后减的趋势,并在x=1.05附近具有极大值;晶格精修表明阳离子混排率呈现先减后增的趋势,在x=1.08附近具有最小混排率。证明了阳离子混排对晶格参数、电性能和热稳定性存在重要影响。 首次发现Li1+x[Ni0.4Co0.2Mn0.4]O2(x0)系列材料中的大部分材料具有微波吸收特性。并应用其中的具有极强微波吸收特性的Li1.19Ni0.4Co0.2Mn0.4O2材料作为引发剂,首次成功地应用微波合成方法制备得到了Li1.05Ni1/3Co1/3Mn1/3O2材料。并对其相关性能进行了测试,结果显示微波法合成的Li1.05Ni1/3Co1/3Mn1/3O2材料具有良好的电化学性能和热稳定性能。 首次成功地应用微波合成法制备了Li1.2+x[Ni0.25Mn0.75]0.8-xO2 (0≤x≤4/55)系列材料,并首次研究了过量Li+效应对Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 (x=0)电化学性能的影响。XRD测试表明所合成样品均为a-NaFeO2结构,属R-3m空间群。随着锂含量的增加所得样品的晶格常数呈现线性递减趋势,这说明所得材料是性质均一的固溶体的。这预示着过量的Li+可能已经嵌入到Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 (x=0)的过渡金属层中,并随着Ni2+逐渐向Ni3+的转变形成Li1.2+x[Ni0.25Mn0.75]0.8-xO2 (0≤x≤4/55)系列固溶体材料。应用XPS光电子能谱对所得样品进行扫描,发现随着锂含量的增加,Li1.2+x[Ni0.25Mn0.75]0.8-xO2 (0≤x≤4/55)系列材料中开始出现Ni3+并逐渐增多。充放电循环测试显示Li1.2+x[Ni0.25Mn0.75]0.8-xO2 (0≤x≤4/55)系列材料的首次充放电曲线、首次充放电效率以及循环性能都各不相同。Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 (x=0)在2.0~4.8V电压范围内循环,首次放电比容量为219mAh/g,随着锂含量x的增大,首次放电比容量逐渐减低,但材料的循环性能得到了显著地提高。


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