富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的制备及电化学性能调控研究

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富锂锰基材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2具有比容量高,成本低,环境友好等优点,是下一代锂离子电池正极材料的理想选择。但它自身存在的一些缺点,如倍率性能差,循环稳定性不够理想,充放电过程中工作电压衰减严重等,制约着其实际应用。针对这些问题,本论文分别通过二维MXene材料Ti3C2Tx复合、Li位A1元素掺杂及改变锰源原材料等方法尝试对Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2进行改性研究,获得了一些性能较为优异的富锂锰基锂离子电池正极材料。论文的主要研究内容如下:通过研磨混合方法制备了 Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2/Ti3C2Tx(LMR/TC)复合材料,研究了 Ti3C2Tx复合对材料电化学性能的影响。Ti3C2Tx在富锂锰基材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2中的复合,可以增强材料的电子和离子导电性,使材料在充放电过程中结构更稳定,从而改善了材料的电化学性能,特别是倍率性能和循环稳定性。5 wt%Ti3C2Tx复合的LMR材料在0.1 C条件下首次放电容量达到279.9 mAh g-1,首次库伦效率为81.8%,经过50次循环后容量依旧高达256.8 mAh g-1容量保持率为91.7%。利用燃烧法合成了系列A1掺杂富锂锰基材料Li1.2Ni0.13CoO.13Mn.54O2,研究了 Li位A1元素掺杂对材料形貌,结构以及电化学性能的影响。结果表明,Li位适量的A1元素掺杂可有效提升材料的电化学性能,特别是循环稳定性和大电流充放电性能。其中,掺杂量为0.02样品A1-LMR具有最好的电化学性能,在0.1 C条件下首次放电容量达到263.9 mAh g-1;并且在0.5 C电流密度下经过150个循环后容量仍保持有182.1 mAh g-1,容量保持率为98%。而未掺杂材料在相同条件下对应的数值分别为241.5 mAh g-1、129.8 mAh g-1和92%。通过选择不同的锰化合物作为原材料,利用燃烧法合成了系列富锂锰基材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2,研究了锰源原材料对材料电化学性能的影响。结果表明,在以Mn(CH3CO22 4H2O、MnCO3和Mn(NO3)2·4H2O为锰源合成的富锂材料LMR、C-LMR和N-LMR中,N-LMR具有最好的电化学性能。在0.1 C条件下,N-LMR、LMR和C-LMR的首次放电比容量分别为313 mAh g-1 242.2 mAh g-1和226 mAh g-1。N-LMR在0.2 C倍率条件下的放电比容量超过了 300 mA hg-1,即使在5 C电流密度下比容量也可达132.1 mAh g-1。而LMR与C-LMR在0.2 C和5 C倍率条件下的容量分别只有173.7 mAh g-1 208.6 mAh g-1和29.4 mAh g-1,101 mAh g-1
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