本文采用流变相合反应法、水热法与固相反应复合法、共沉淀与固相反应复合法等方法成功地合成了同时兼有Ni、Mn和Co的锂离子电池三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,并在优化合成条件的情况下对所合成的三元正极材料进行了不同比例的掺杂和包覆改性,采用XRD、SEM、ICP和CV等实验手段对合成与改性的材料进行了表征;研究了该正极材料的电化学性能,合成的正极材料具有优良的电化学性能(较高的比容量和倍率容量),并对该材料的反应机理及改性机理进行了探索,得出了一些有价值的重要结论。具体叙述如下:以氢氧化锂,醋酸镍,醋酸钴,醋酸锰以及柠檬酸为原料,采用流变相反应法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。首先分别将原料充分混合(柠檬酸主要作配位剂),加入适量的水,形成流变态混合物,然后在120 ℃下,形成先驱物,再控制一定温度进行热处理,得到三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。用XRD、SEM、ICP和CV等实验技术对合成的材料的结构和形貌进行表征。将合成目标产物制备成正极,组装成2025型纽扣电池,对其电化学性能进行测试和分析,研究发现:合成温度和焙烧时间的选择是获得理想三元正极材料的重要的因素,通过反复的对比,合成温度为850℃,合成时间为12 h时,得到的目标产物具有较好的电化学性能(即具有较高充放电比容量和良好的循环性能)。在电流密度为20 mA/g,充放电测试电压范围为2.5-4.5V,电池测试温度为室温(25℃),其初始放电比容量为181mAh/g,20圈循环后,其比容量保持为173mAh/g,经过50圈循环后,比容量仍保持为170mAh/g,故该材料表现出良好的电化学稳定性。当控制不同电流密度条件时,对该材料进行充、放电循环性能测试,如电流密度分别为50、100、200和400 mA/g时,其相应的比容量分别是157、132、111和70 mAh/g。当模拟电池充、放电的电流密度由400 mA/g变回到20 mA/g时,其比容量则恢复到174mA/g左右,非常接近其初始比容量,由此看出,采用流变相方法,控制灼烧温度为850℃时,得到的目标产物具有较好的循环性能和倍率性能。此外,采用离子掺杂和表面包覆的方法来进一步改善材料的电化学性能。在离子掺杂改性方面,分别以A1203、MgO和ZnO作为掺杂剂,在850℃条件下,合成了 Al3+、Mg2+和Zn2+离子掺杂改性的三元正极材料。结果发现:少量的Al3+、Mg2+和Zn2+三种离子掺杂,均未改变材料的结构(α-NaFe02),伴随着离子掺杂量的增加,目标产物的颗粒变大,离子的掺杂量为1%时,该材料表现较好的电化学性能,在低倍率(0.1 C)充、放电,首次放电比容量有所提高,初始比容量为182 mAh/g,循环50次后容量保持率为97.7%,而且倍率性能也有所提高。在包覆改性方面,分别采用AlPO4、聚苯胺和碳对850℃制备的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)进行了包覆改性。当采用AlP04进行包覆时,AlP04的包覆量为x=0.01(1%)时,循环性能最好,50次循环后,放电比容量仅降到176 mAh/g,容量衰减最小,只有1.7%。用1%AlP04包覆改性的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2比未包覆的样品比较,充、放电比容量和循环性能均得到改善。以葡萄糖为碳源,对流变相合成方法制备的850 ℃材料LiNi1/3Co1/3Mn1/302进行包覆改性,得到产物C-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。研究了碳包覆改性的电化学性能。结果表明:C-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作为锂离子电池正极材料时,循环100次时充电比容量为176 mAh/g,放电比容量为174mAh/g容量保持率为96.1%,效率为99.8%;在不同电流密度下(50、100、200、400、600、800 mA/g)的电化学性能测试结果表明:随着电流密度的增大,样品的容量虽有所降低,但是材料表现出较好的倍率性能和循环稳定性能;当采用聚苯胺对流变相合成方法制备的850 ℃材料LiNi1/3Co1/3Mn1/302材料包覆改性,并对得到产物PANI-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能进行了测试,结果表明:PANI-LiNi1/3Co1/3Mn1/302在作为锂离子电池正极材料时,循环100次时充比电容量为176 mAh/g,放电比容量为174mAh/g容量保持率为96.1%,效率为99.8%。倍率性能和循环性能也都得到改善。用电化学方法,对材料的掺杂和包覆改性机理进行了探索,结果表明:掺杂和包覆均能提高材料的导电率和离子扩散系数,从而改善该正极材料的倍率比容量和循环性能。采用共沉淀与固相反应复合的方法先制备出目标产物LiNi1/3Co1/3Mn1/302的前驱体,然后再在不同温度(800 ℃、850 ℃、900 ℃)下进行烧结得到目标产物,对目标产物进行进行了表征和电化学性能研究。结果表明:经过850 ℃烧结而得到目标产物具有较高的放电比容量和较好的电化学循环性能。当电流密度为20 mmA/g,充放电电压范围为2.5V-4.5V,温度为温室时,其初始放电容量是176mAh/g,充放电循环20圈后容量衰减为158mAh/g,充放电50圈后容量维持在157mAh/g。当电流密度分别为50、100和200 mA/g进行充放电循环时,其比容量分别对应为134、112和98mmAh/g,充放电循环50圈后,其放电容量分别保持为123、111和92mAh/g,容量的衰减分别为9.2%、0.9%和6.1%。当电流密度重新回到20 mA/g时,则目标产物的比容量又恢复为157 mAh/g。即850 ℃目标产物作为锂离子电池正极材料既具有很好的可逆性又有较好的比容量。采用水热法结合高温固相法成功地合成三元正极材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/302)。先用水热法合成镍钴锰前的驱体,以合成的前驱体和Li2C03为原料,根据实际情况采用固相反应制备了 800 ℃、850 ℃、900 ℃三个不同温度下的目标产物LiNi1/3Co1/3Mn1/302,采用XRD、SEM等对目标产物的晶体结构和微观形貌进行表征,采用恒电流充、放电电性能测试系统和交流阻抗等对所制备的三元正极材料的电化学性能进行了分析测试,并对不同合成温度下所制备的目标产物的电化学性能进行对比分析,结果表明:在2.5V-4.5V充放电电压范围内,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-850也具有较好的电化学性能(较高充、放电比容量和优良的循环性能),在电流密度为20 mA/g条件下,进行充、放电测试,电压范围为2.5V-4.5V,其初始放电容量为186mAh/g,充放电循环50圈后为180mAh/g,具有独特的电化学循环性能。