层状正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2共沉淀合成及性能研究

来源 :山东科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wobushilaji
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近年来,随着锂离子电池的快速发展,LiCoO2其合成简单,可逆容量高,电化学性能好被广泛应用,但是由于钴元素有毒、价格昂贵和实际容量较低限制了其发展,开发新型的电极材料迫在眉睫,六方层状材料LiMxCo1-xO2具有诸多优良的电化学特性,同时由于钴元素含量的降低,材料在较大程度上降低了其成本,被认为是最有潜力取代钴酸锂的材料之一。  LiMxCo1-xO2是多元复合氧化物,金属离子可以为Ni、Mn、V、Al、Mg、Gr等,目前以主要以Ni、Co、Mn三种金属离子以一定的比例组合成金属氧化物。三元正极材料是由一定比例组成的三元前驱体与Li2CO3混合在空气中焙烧合成,而前驱体又以共沉淀制备方法较多,因此前驱体的制作工艺对正极材料性能的影响至关重要。  本论文主要通过对共沉淀反应体系中晶核的成核速率公式进行研究,分析临界形核半径的影响因素,简化晶核的形成速率公式。建立共沉淀体系反应体系,对溶液中离子浓度的变化进行热力学分析,通过计算分析绘出溶液在不同pH值、不同氨水浓度条件下溶液中可以游离的金属离子的浓度。  运用过饱和度理论研究了氨水浓度、盐溶液浓度、pH值等条件对前驱体形貌和振实的影响。探讨了连续氢氧化钠共沉淀法制备球形Ni(OH)2、Ni0.5Mn0.5(OH)2、Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2的工艺条件。以最佳条件制备的Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2为前驱体,通过固相反应得到LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,考察了不同比例的Li/M对Li1+xNi0.5Co0.2Mn0.3O2结构和电化学性能的影响。Li1+x[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2(x=0、0.02、0.04、0.06、0.08)材料在2.5-4.3V之间,0.1C倍率下首次放电比容量分别为157.8、161.8、160、166.6和168.8mAh/g,首次库伦效率分别为82.187%、82.847%、83.595%、85.21%和85.339%。随着锂含量的增加其首次库伦效率不断提高。Li1.08[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2材料的首次放电比容量和库伦效率最高。Li1+x[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2(x=0、0.02、0.04、0.06、0.08)材料在2.5-4.6V之间,0.1C倍率下首次放电比容量195.8、196.8、196.1、206.4和206.8mAh/g,Li/M=1.06、1.08时其在高压下容量较高,比锂含量低的材料容量要高出10mAh/g。
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