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锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的合成与改性研究

张向峰  
【摘要】: 锂离子电池发展至今,已得到了广泛的应用,但始终不能满足当今科技的发展需要,这主要是由于作为主流的正极材料钴酸锂的本身上的缺陷,因此寻找新的更符合当今科技发展的正极材料成为广大科技工作者的主要任务。 本论文采用溶胶凝胶法和碳酸盐共沉淀法制备了LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料,并对其进行了碳包覆研究,探讨了两种方法的制备工艺条件以及碳包覆对材料结构、形貌和电化学性能的影响。 采用溶胶凝胶法,加入适量的无水乙醇用于稳定溶胶体系,成功合成出形貌较好、性能优良的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料。该方法明显缩短了凝胶前驱体的形成时间,简化了合成工艺,提高了材料合成的重现性。通过XRD、SEM、充放电测试、循环伏安测试以及交流阻抗测试考察了烧结氛围、烧结温度以及烧结时间对材料性能的影响,结果表明在流动空气氛围下,900℃烧结20h制备得到的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料晶型最为完整、颗粒粒径均一、粒径在0.3~0.5μm之间。电化学测试结果表明,该样品具有较好的锂脱嵌可逆性和循环性能,在2.8~4.4V电压范围内以0.1C倍率进行充放电,首次放电容量达到148.98mAh/g,30次循环后容量保持86.98%,且高倍率性能较好。 在碳酸盐共沉淀合成前驱体过程中,我们引进了超声波技术,然后通过与锂盐混合高温煅烧制备了LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料。考察了前躯体制备条件以及烧结条件对材料的物理性能和电化学性能的影响。结果表明前驱体共沉淀过程中,采用搅拌并配合超声技术可以获得形貌和电化学性能较好的材料。在反应温度为50℃、pH=8.5下,900℃烧结16h制备的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料具有最好的晶型结构和电化学性能。在2.5~4.4V电压范围内以0.1C倍率进行充放电,首次放电容量可达174.3mAh/g,20次循环后,容量保持率为88.9%,但高倍率下性能表现一般。 对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料进行了碳包覆研究。结果表明,适量的碳包覆并不会改变材料的结构,但明显减少了团聚,改善了循环性能。


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