Li-Ni-Mn-O系鋰離子電池正極材料納米化及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池在電子系統(tǒng)、軍事、航天和電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。正極材料的研制是鋰離子電池技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。雖然LiCoO2由于容量高，可逆性和倍率性好成為商業(yè)化鋰離子電池的主要正極材料，但其成本高，Co有毒，人們努力尋找一種可替換材料。材料的納米化呈現(xiàn)了多種新型物理特性。納米電極材料在晶體結(jié)構(gòu)、顆粒形貌及電化學(xué)性能等方面均表現(xiàn)出特殊的行為，也引起了各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注?；趯?duì)鋰離子電池正極材料納米化可能出現(xiàn)的物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和剖析為目的

2、，本文以L(fǎng)iNi0.5Mn0.5O2為體系對(duì)象，采用檸檬酸輔助溶膠-凝膠法制備納米鋰離子電池正極材料，優(yōu)化最佳制備工藝，并采用多種測(cè)試表征手段對(duì)其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行研究，深入探討電極材料納米化對(duì)電化學(xué)性能的影響。 本文開(kāi)展的研究?jī)?nèi)容包括：納米結(jié)構(gòu)形成方法與工藝、組成變化對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的影響。嘗試通過(guò)將正極材料納米化以后，在保持其具有較高容量及循環(huán)性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)細(xì)化晶粒，進(jìn)而縮短鋰離子在其內(nèi)部的擴(kuò)散路徑，增大比表面積降低大電流下有效電

3、流密度，從而提高材料的大電流倍率性能。實(shí)驗(yàn)在考察了不同的Li的摻入量，煅燒溫度，保溫時(shí)間等合成條件后，結(jié)果表明：初始原料中Li/(Mn+Ni)摩爾比為1.05,在900℃下煅燒10h所制得樣品結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能最佳。產(chǎn)物顆粒均勻，粒徑在80nm左右。在2.5～4.5V之間，20mA/g的電流放電，體現(xiàn)出極佳的容量及循環(huán)保持率。與微米級(jí)材料相比，所合成納米LiNi0.5Mn0.5O2電極材料的大電流倍率性能有較大的改善。采用電勢(shì)階躍法測(cè)量所

4、合成納米LiNi0.5Mn0.5O2電極中的表觀鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，從理論上驗(yàn)證了納米化后晶粒尺寸減小對(duì)增大鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的促進(jìn)作用。由于實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的具有最大表觀擴(kuò)散系數(shù)的材料并非粒子尺寸最小的材料，于是本文在校正了尺度這一單純幾何因素對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響后，進(jìn)一步探討了納米化后晶粒減小對(duì)材料本征擴(kuò)散系數(shù)的影響。分析表明，材料的表觀擴(kuò)散能力同時(shí)受材料粒子的尺寸因素以及本征擴(kuò)散能力因素兩者共同影響，其變化規(guī)律是它們加合的結(jié)果。因此，在納米材料的制