锂离子电池三元正极材料的制备、包覆和电化学性能的研究

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目前锂离子电池正极材料LiCoO2仍占据市场主导地位。由于其具有毒性大、安全性差和成本较高等问题,研究者正致力于寻找可替代LiCoO2的新型正极材料。而三元复合LINil/3Col/3Mnl/3O2具有和LiCoO2的相似结构,因自身安全性高,可逆容量高和低成本的优势,成为最可能的LiCoO2替代品。本文在最优条件下采用共沉淀法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料,并对其进行包覆改性研究。采用氢氧化物共沉淀法合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料,最佳制备工艺条件条件为:PH=11.0,氨水浓度0.5mol·L-1;材料煅烧条件为:Li/M=1.05,空气中200℃预烧3h,450℃预烧5h,之后900℃煅烧15h。此条件合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在2.5~4.5V范围内以20mA·g-1的电流密度充放电,首次放电容量为183mAh·g-1,40次循环容量保持率为88.9%。,采用Y2O3对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行包覆研究以改善其循环特性,通过SEM、 XRD、充放电测试等手段,考察了不同包覆量对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构和电化学性能的影响。结果显示包覆并没有改变LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构;确定Y2O3包覆量以0.5wt%为最佳,随着包覆量的增加,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的首次放电容量逐渐降低,在0.1C、2.5V~4.5V下,0.5wt%Y2O3包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的首次放电比容量为196.4mAh/g,40次循环后容量保持率为99.3%。以商品化正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2为原料,采用共沉淀法选择Y2O3、YPO4、Al2O3、AlPO4分别对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2进行包覆研究。X射线衍射分析结果显示包覆0.5wt%Y2O3、0.25wt%YPO4、0.5wt%Al2O3、0.5wt%AlPO4后,LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的层状结构良好、镍锂混排程度降低。以0.1C倍率循环50次后的放电容量分别为190.5mAh/g、185.9mAh/g、191.3mAh/g、196.1mAh/g,均高于未包覆材料的173.5mAh/g,容量保持率分别为98.9%、95.0%、99.1%、96.9%,均明显高于未包覆材料的92.3%。采用共沉淀-喷雾干燥法制备了锂离子电池球形LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、充放电测试等手段,考察了氧气流量、煅烧烧温度、配锂量和煅烧时间对材料性能的影响。通过TG、XRD、SEM和电化学测试对材料的晶体结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征。结果表明材料具有良好的层状结构,球形颗粒粒径约10μm;在30℃下,2.5-4.3V循环,以20mA/g首次放电比容量达186.3mAh/g,循环50圈后容量保持率为84.1%。
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