长寿命、高倍率的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池正极材料的制备与改性研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangxiaojuan
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正极材料决定着锂离子电池的成本和电性能,因此开发具有高性能(高放电比容量、长周期循环性能、高工作电压)、低成本、无污染的锂离子电池正极材料意义重大。尽管三元正极材料已经实现了商业化,目前对三元正极材料的利用只达到其理论比容量的一半并且其循环性能也不够理想,因此需要对其进行改性。三元正极材料的改性主要在于两个方面:一是提高材料的放电比容量;二是改善材料的长周期循环性能。本论文中,采用简单的碳酸盐共沉淀法制备前驱体,并对前驱体改性制得LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料。对前驱体进行Al(OH)3包覆后高温煅烧,最终实现了Al3+掺杂和LiAlO2包覆共同改性的目的;在前驱体的制备过程中加入F127表面活性剂改变其形貌,随后高温煅烧时引入F-掺杂改性。采用XRD、TEM、SEM、XPS以及GSAS结构精修等测试手段对改性完后的活性材料进行表征,利用充放电测试、循环伏安测试、交流阻抗测试等方法测试分析改性材料的电化学性能。具体的研究工作如下:(1)采用区别于传统的前驱体表面包覆Al(OH)3的方法对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2进行改性。这种前驱体包覆改性的方式使得材料一步获得了Al3+掺杂和LiAlO2包覆改性的效果,并且该方法能够使得包覆层均匀、完整的包覆在活性材料表面。其中,2wt%Al改性样品表现出最佳的电化学性能,在0.5 C的电流密度下、4.6 V高截止电压下,200圈后的容量保持率高达82.08%。2wt%Al改性样品的NCM在10 C的大电流密度下能够具有高达142.73 mAh g-1的比容量。在相同条件下,未改性样品的放电比容量只有98.46mAh g-1。(2)通过F127表面活性剂与F-掺杂的联合改性提高了LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料的电化学性能。F127表面活性剂的使用提高了材料的结构完整性和产物的结晶度。而进一步的F元素掺杂稳定了材料结构、增加了材料的层间距,进一步提高了材料的电化学性能。改性完后的F127-NCMF样品在10 C大电流密度下循环500圈后的容量保持率高达79.04%,而未改性样品在循环200圈后的比容量仅为初始比容量的13.17%。通过循环完后电极的SEM、XRD、TEM测试证明了F127-NCMF样品表现出优异的循环性能是因为其结构较其它两个样品稳定。
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