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本论文“锂离子电池正极材料的研究”,是在中山大学211重点学科"先进能源与光电功能材料"建设项目和国家“十五”重点攻关项目“西藏扎布耶盐湖卤水制取碳酸锂精矿工业化试验研究”(课题编号:2004BA602B-02)的共同资助下完成的。锂离子二次电池因具有高能量密度、寿命长、单位额定电压高、高功率承受力、较低的自放电率、无记忆效应、无污染、体积小等优点,而倍受人们的关注。根据经营许可,本论文着重对具有良好的发展前景的锂离子二次电池正极材料DMcT和LiMn2O4进行改性实验研究。(一)在锂离子二次电池正极材料中,DMcT正极材料不仅理论容量高,而且具有资源丰富、环境友好、制备简单、循环可逆容量较高与容量利用率较高等优点,而成为未来高能电池正极材料的首选。本论文研究了DMcT的电化学性能;重点利用导电聚合物作为电催化剂对DMcT的改性进行了研究,因为这些材料的加入可以提高材料的电子传导速率,且具有很高的催化性能;另外利用单巯基有机硫化物作为稳定剂来控制聚合物PDMcT的分子量,以提高其循环稳定性。取得了如下认识:1. DMcT氧化还原反应速度较慢,特别是在室温下;2. DMcT导电性能差;3.加入少量的PMOT、PEDOT等导电聚合物可以改善DMcT的氧化还原反应。氧化还原反应峰电流分别增加了1.4倍和4.6倍,峰间距缩小2倍和1.1倍;首次放电容量由59mAh/g提高到142mAh/g和167mAh/g;4.少量的单巯基有机硫化物2-巯基苯并噻唑可以提高正极材料DMcT的循环稳定性;80次循环后,放电容量衰减26%,而DMcT的放电容量衰减为58%; 5.向DMcT/PMOT和DMcT/PEDOT复合物中加入少量的单巯基有机硫化物2-巯基苯并噻唑可以提高其循环性能;(二)在锂离子二次电池无机正极材料中,尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2是两种研究比较多的正极材料。作为正极材料,LiMn2O4耐过充放电、安全性能好、成本低、且环境效应友好无毒,因此倍受人们的关注;虽然LiMn2O4具有上述的优点,但该材料循环性能差尤其是在高温下容量衰减相对较快,而LiCoO2却在高温下显示出了良好的循环性能稳定性。而在电解液中,正极活性材料颗粒表面上表面膜的生成是影响容量衰减的主要原因,因此本论文着重研究了电解液对LiMn2O4和LiCoO2影响、表面膜生成的机理以及膜的组成。针对得到的结论,我们对LiMn2O4进行了改性,将其表面包覆了一层LiCoO2膜;另外又对LiMn2O4进行了阴阳离子掺杂改性。取得了如下结论:1.与LiCoO2相比,LiMn2O4抗电解液腐蚀能力弱、高温下循环性能差、热稳定性差;2.正极材料粉末颗粒表面生成的表面膜是电解液与金属阳离子化学反应的产物,主要由有机物组成;3.通过将LiMn2O4的颗粒表面包覆一层LiCoO2膜,极大的提高了LiMn2O4的抗电解液腐蚀能力、改善了其热稳定性,提高了其循环稳定性;50次循环后,LiMn2O4的放电容量衰减31%,而LiCoO2-coated LiMn2O4的放电容量衰减3%;4.通过对LiMn2O4进行阴阳离子掺杂改性,使其循环稳定性得到了很大的改善;100次循环后, LiMn1.95Cr0.05O3.95F0.05和LiMn1.95Cr0.05O3.95Cl0.05的放电容量分别衰减6%和18%;