鋰離子電池三元正極材料lini0.6co0.2mn0.2o2的制備與改性

1、 鋰離子電池三元正極材料 鋰離子電池三元正極材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 的制備與改性 的制備與改性 Preparation and Modification of LiNi0.6Co0.2 Mn0.2O2 as Cathode Material for Lithium Ion Battery 學科專業(yè)：化學工程 研 究 生：孫淑婷 指導教師：唐致遠 教授 企業(yè)導師：張新河 天津大學化工學院 二零一五年五月 摘 要 鋰離

2、子電池三元正極材料 Li[Ni-Co-Mn]O2 因其理論容量高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點而被研究。該體系的材料具有優(yōu)于 LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2 中任何一種的性能。 但是該體系的材料作為鋰離子電池的正極仍然具有高電壓下的循環(huán)性能以及大倍率性能不理想的特點。 針對以上特點， 本文主要研究了非對稱三元正極材料 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 的合成方法，并且對合成過程中的重要影響因素進行了優(yōu)化選擇，詳細的討論了不同條

3、件下合成材料的結構特點以及電化學性能。另外對純相材料進行了包覆改性研究。具體的研究內容如下： 以乙酸鹽為原材料、甘氨酸為絡合劑，使用溶膠凝膠法合成正極材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。探討了煅燒溫度、煅燒時間、預燒時間、甘氨酸用量等因素對合成材料的結構與性能的影響。 XRD、 充放電性能測試等結果表明最佳合成條件是當甘氨酸與金屬離子比例為 2： 1， 450℃預燒 5h 然后 900℃煅燒 18h 所制得的樣品。 從 XRD

4、測試結果能夠看出最合適條件下制備的材料屬于 α-NaFeO2 層狀結構，R-3m 空間點群。在 2.6～4.8V 電壓區(qū)間內 0.1C 下首次放電比容量達到180mAh/g, 充放電 30 次后的容量仍然能夠維持原來的 85.5%。 以乙酸鹽為原料，采用高溫固相法合成正極材料 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。探討了預燒時間、煅燒時間、煅燒溫度等因素對材料的結構與性能的影響。XRD 和充放電測試等結果表明最佳合成條件是 400℃恒

5、溫 5h，600℃維持 2h 再升溫至750℃保持 6h， 最后至 850℃恒溫 10h 制得樣品。 XRD 結果可得樣品具有 α-NaFeO2層狀結構，陽離子沒有發(fā)生明顯的混排現(xiàn)象。2.6～4.8V 電壓區(qū)間內 0.5C 下首次放電比容量達到 170mAh/g，充放電 30 圈后的容量仍然能夠維持原來的 79.5%。為了提高材料的循環(huán)性能和高倍率下的放電性能， 在純相材料的表面使用濕化學法包覆了 Li2ZrO3。 采用多種測試手段探討

6、了不同計量比 Li2ZrO3 包覆下材料的結構與性能的改變。 XRD 結果顯示包覆前后材料的結構基本沒有變化。 從 TEM可以明顯的看到本體材料的表面有一層 Li2ZrO3 包覆層。另外，少量的 Li2ZrO3包覆對材料的電化學性有著明顯的改善。在 2.6～4.8V 電壓區(qū)間內 0.1C 時 1wt% Li2ZrO3 包覆樣品的首次放電比容量達到 190mAh/g,充放電 50 次后的容量仍然能夠維持原來的 85.5%。 關鍵詞： 關