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锂离子电池正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2的制备及改性研究

邓胜男  
【摘要】:富锂层状氧化物正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2与传统的锂离子电池正极材料相比,具有比容量高、环境友好、价格低廉等优势。该材料在充电电压大于4.5V时,放电比容量高达250mAh/g,但是该材料的首圈充放电效率较低,循环稳定性和倍率性能都有待提高。 本论文通过碳酸盐共沉淀结合固相烧结的方法制备出了具有高比容量的锂离子电池正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2,考察了共沉淀过程中加料温度、搅拌强度等因素对材料粒径的影响;考察了固相烧结过程中煅烧温度和煅烧时间对材料的结构、形貌和电化学性能的影响;并分别采用AlF3、CeO2和C对Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料进行表面包覆来提高材料的电化学性能,考察了各材料不同包覆量对材料结构、形貌、充放电效率、循环稳定性及倍率性能的影响;采用循环伏安和交流阻抗分析了材料的充放电机理及包覆后材料性能提高的原因。 研究结果表明,通过控制共沉淀过程的加料温度、搅拌速度等参数制备了粒径大小分别为4um和10um的均匀球形颗粒,该球形颗粒是由亚微米级的块状颗粒团聚而成的球形颗粒。优化合成的煅烧温度为900℃,煅烧时间为12h,该条件制备的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2在2.0-4.8V的电压范围内、28.3mA/g的充放电倍率下的首次放电比容量为247.2mAh/g,50次循环后放电比容量为210.4mAh/g,容量保持率为85.1%。 表面包覆AlF3、CeO2和C能提高材料的充放电效率、循环稳定性和倍率性能。包覆1%AlF3的材料在O.1C(28.3mA/g)、1C、2C、5C的充放电倍率下的放电比容量分别为249.3 mAh/g、172.3 mAh/g、143.2 mAh/g、101.4 mAh/g。CeO2的包覆提高了材料在较小电流密度下的电化学性能。C的包覆量为5%时,材料的循环稳定性得到了很大程度的提高。 循环伏安和交流阻抗测试结果表明,在AlF3、CeO2包覆在Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2材料表面的过程中,部分材料出现了由层状结构向尖晶石结构的转变;AlF3、CeO2的包覆能避免富锂三元氧化物正极材料与电解液的直接接触,降低了材料在充放电过程中的传荷阻抗,从而有效提高了材料的电化学性能。


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