高性能富鋰錳基鋰離子電池正極材料的制備與改性研究.pdf

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1、·110·內(nèi)燃機(jī)與配件高性能富鋰錳基鋰離子電池正極材料的制備與改性研究壽好芳；李志攀(鶴壁汽車I程職業(yè)學(xué)院，鶴壁458030)摘要：正極材料是鋰離子電池最重要的組成部分之一。傳統(tǒng)正極材料(LiCoO：、LiNiO：等)由于對(duì)環(huán)境有污染，成本高，資源有限將不能成為新一代鋰離子電池正極材料的首選。本文選取Li。：Mn。6Ni。O：作為研究對(duì)象，對(duì)材料進(jìn)行包覆改性來(lái)提高材料的電化學(xué)性能。關(guān)鍵詞：鋰離子電池；富鋰；正極材料；表面包覆；改性；溶膠凝膠法1實(shí)驗(yàn)部分材料的制備：采用溶膠一凝膠法制備本體材料Li[Ni毗Li。：Mn06]O：。將制備

2、好的“『Ni。：Li。：Mno．6]O：材料加入到已有PVP的去離子水中，攪拌30分鐘。將一定計(jì)量比的CH，COOLi·2H：O，(CH3COO)2Mn·4H20溶于20ml的去離子水中(按LiMn20。中金屬離子的摩爾比，期中xLiMn：0?！?1-x)Li[Ni∞Li啦Mn。6]0：，x=0．0I／0．03／0．05)。將金屬鹽溶液逐滴加入到超生過(guò)的材料中，攪拌蒸干，轉(zhuǎn)移至真空干燥箱中80％真空干燥，轉(zhuǎn)移至馬弗爐中500℃煅燒4小時(shí)，得到最終產(chǎn)物xLiMn：O。(1-x)Li。2Mnn6Ni0202。將得到的包括本體在內(nèi)的4個(gè)產(chǎn)

3、物分別編號(hào)a—d。將裝好的電池靜止12小時(shí)。2結(jié)果與討論2．1材料的結(jié)構(gòu)和形貌討論圖1材料xLiMn204·(1-x)Li[Nio．2Li洲Ild02的XRD圖譜(a)x=0，(b)x---0．01，(c)x=0．03，(d)x=0．05圖1為本體材料與包覆材料的XRD圖。(108)、(110)分離明顯說(shuō)明這幾種材料均是層狀材科。XRD數(shù)據(jù)表明包覆尖晶石成分材料在20=36．40，44．10，48．2。，58．10和64．oo出現(xiàn)肩峰，這些肩峰位置正好對(duì)應(yīng)于PDF#350872尖晶石LiMn：O。特征峰位置對(duì)應(yīng)，證實(shí)了表明修飾成分為

4、尖晶石結(jié)構(gòu)。圖2為各種材料的SEM圖。從圖中我們可以明顯的看出來(lái)(a)(b)(c)顆粒分布比較均勻，而且可以稱球形，圖(d)可以看出來(lái)材料的團(tuán)聚嚴(yán)重這很可能會(huì)影響材料的電化學(xué)性能。圖2樣品的SEM圖：(a)x=0，(b)x=0．01，(e)x=0．03，(d)x=0．05圖3(a)可以看出，材料的顆粒粒徑接近納米級(jí)別。材料的形貌是類球形，粒徑大小為100nm左右。這樣的顆粒材料這就有利于提高材料的電化學(xué)性能。圖3(b)可以看出材料的表面有一層灰色的薄層。很明顯，這層物質(zhì)是區(qū)別于Li。Nn。6Ni。：0：材料的另一種物質(zhì)，根據(jù)前面的X

5、RD分析我們認(rèn)為這一薄層物質(zhì)是LiMn：0。。從圖中可以看出，這一薄層的厚度大約為1．79nm，且均勻的包覆在本體材料顆粒的表面。圖3(C)為材料0．03LiMn204·0．97Lil2Mnn6Nin202的能譜圖，鎳錳成分的變化證實(shí)表面尖晶石成分的存在。2．2材料的循環(huán)性能圖4為0．1C條件下充放電，可以看出來(lái)各種材料的比容量隨著循環(huán)次數(shù)的增加均有下降的趨勢(shì)。本體材料LiL2Mn。6Ni。：0：的首次放電容量為247mAhg～，50周放電比容量衰減到217．1mAhg～，而b,e、d的循環(huán)穩(wěn)定性相對(duì)較好。材料c的首次放電比容量為2

6、50．4mAhg～，50周循環(huán)后放電比容量為239mAhg～，其容量保持率為95．4％。圖5為1C條件下放電比容量圖，四種材料其容量保持率分別為59．6％、71．6％、89．5％、74．4％?？梢钥闯霾牧?．03LiMn204"0．97Li[Ni02Li02MnQ6]02的容量高、容量保持率高。InternalCombustionEngine＆Partsf口’￡《￡一釜‘石∞△∞oc)?！蘅凇尢?．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．J圖3O．03LiMn2040．97Lil挪nm烈im20∞樣品的TEM圖和能譜圖CycleNum

7、ber圖4電流密度25mAg-1下的各材料循環(huán)性能((a)x=0，(b)O．01。(c)O．03，(d)O．05)圖5電流密度250mAg一下的各材料循環(huán)性能((a)x=0。(b)0．01，(C)0．03，(d)O．05)2．3材料的倍率性能圖6是循環(huán)次數(shù)與材料在不同電流密度下的放電比容量的關(guān)系圖。期中充電電流均為0．1C(25mAg一)，放電電流分別為0．1C、0．2C、0．5C、1C、2C、5C、IOC、0．1C，每種電流密度下充放電三周。由此可以看出材料c的高電流密度下的放電比容量明顯提高，且大電流放電后仍具有較高的小電流放電

8、比容量。3小結(jié)由于LiMn：0。對(duì)環(huán)境友好，電極電位高，倍率性能r’’’。。。’。。_l贛{CycleNumber圖6材料的倍率性能((a)x=0，(b)x=0．01。(c)x=0．03，(d)x=0．05)好，熱穩(wěn)定好，因此通過(guò)對(duì)二