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三元熔融盐在LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2和LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2制备中的应用

魏文强  
【摘要】:目前,市场上的锂离子电池的正极材料价格较高而容量偏低,成为锂离子电池性能提高和应用范围扩大的障碍。有两条途径可以解决这个问题:(1)开发新的正极材料,或者通过掺杂改性,提高现有材料的电化学性能;(2)改进合成方法,优化合成工艺,合成不同批次质量一致性较好并且接近理论计量比的产物。 熔融盐法是利用低共熔混合熔融盐做反应物或兼作熔剂,反应在固液态间进行,离子扩散速度显著加快,效降低反应温度和时间,改善材料晶体结构和性能,合成出符合计量比以及结晶发育良好的正极材料,是介于固相合成和液相合成的之间的一种锂离子电池正极材料的合成方法。但是,为了促进加热过程中原料的微观二次自混合引入大量非锂盐或过量锂盐作为熔融剂,从而达到混料均匀的目的,这使得生成的产物需要与熔盐分离,后续洗涤复杂繁琐,并可能影响到材料的电化学活性。我们是以下面的思路解决这个问题的:在固、液相都存在的条件下,单纯依靠液态反应物的粘合和渗透很难达到均匀混合的目的;如果在较低温度(100℃)下存在液态反应物,就可以在低温加热状态下对各反应物进行机械搅拌或研磨,同时各原料存在微观的自混合,这必将极大促进其混合均匀度,对制备符合计量比的均相产物极为有利。 本文的研究内容即是在我们研究小组前期工作的基础上对熔融盐法的改进。经探索,我们得到了在80-90℃实现很好熔融态的新型三元熔融盐,并应用它制备了锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2和LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2,并详细对比了不同的烧结温度,不同的烧结时间及低共熔盐的不同配比对产物晶体结构和电性能等方面产生的影响。结果表明,材料结晶度高,具有具有规整的层状α-NaFeO_2结构,形貌均一,颗粒大小均匀,并且比容量和循环性能极佳。


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