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锂离子电池富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2具有比能量高、循环寿命长、安全性能好等优点,使其成为动力电池的理想正极材料之一。本文以层状富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2为研究对象,分别采用共沉淀法(CP)和溶胶凝胶法(SG)制备出目标材料,通过XRD、SEM、CV、EIS和恒流充放电测试等手段,深入研究了材料的晶体结构、物理形貌和电化学性能。首先,对共沉淀法制备工艺中的沉淀pH值,锂源的选择,煅烧时间以及煅烧温度进行了探索和优化,得出最佳工艺为:以乙酸盐为原料,NaOH和NH4?H2O为沉淀剂,在pH=11.0条件下得到氢氧化物前驱体,在氢氧化物前驱体中加入LiOH?H2O为锂源,500℃预烧5h,900℃空气气氛中烧结12h得到目标材料。材料的首次放电比容量(0.5C,1C=300mA/g)为283.1mAh/g,库伦效率高达80.7%,在0.2C下循环50周材料的放电比容量为179.5mAh/g,容量保持率为76.7%,在1.0C下循环100周材料的放电比容量为118.9mAh/g,容量保持率为73.3%,2.0C下材料的放电比容量仍有为108.2mAh/g。为了改善材料的循环稳定性和倍率性能,采用MoO3和Al2O3对材料分别进行包覆改性。MoO3包覆最佳比例为1%,此材料的首次放电比容量(0.5C)为256.7mAh/g,库伦效率高达83.4%,在1.0C下循环100周材料的放电比容量为107.3mAh/g,容量保持率分别为78.4%;Al2O3包覆最佳比例为5%,在1.0C下循环100周材料的容量保持率高达87.8%。包覆层减少了电解液对活性材料的腐蚀,循环稳定性提高。对共沉淀法制备的材料进行充放电机制的探究,得出结论为:最佳充电截止电压为4.6V,此电压下可以减少电解液的分解,抑制对活性材料的腐蚀,而将电池恒流恒压充至电流衰减至原来的1/20为最佳充电截止电流。其次,采用溶胶凝胶法制备材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2,最佳工艺为:以乙酸盐为原料,乙醇酸为络合剂(乙醇酸:金属离子=1.0),采用氨水调节pH在7.0~8.0之间,450℃预烧5h,900℃空气气氛中烧结12h得到目标材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2。材料的首次放电比容量(0.5C)为275.9mAh/g,库伦效率高达74.0%,在0.2C下循环100周材料的放电比容量为81.3mAh/g,容量保持率为39.4%,溶胶凝胶法合成的材料具有较好的层状结构以及材料的分散性好,活性物质得以充分利用,且材料分散性较好,比表面积大,Li+可实现快速脱嵌,那么材料的循环稳定性和倍率性能优于共沉淀合成的材料。为了进一步提高材料的电化学性能,采用Mg2+和PO43-对溶胶凝胶法制备材料进行掺杂改性,Mg2+最佳比例为x=0.01,在0.2C下循环100周材料的容量保持率高达64.9%,在1.0C下循环100周材料的放电比容量为139.4mAh/g,保持率高达97.0%;PO43-最佳比例为x=0.02,在倍率性能测试中2.0C下放电比容量仍有105.2mAh/g,容量保持率高达52.1%;这是因为离子掺杂掺杂增大了空间位阻,减少了离子混排和循环过程中的相变,保持了晶体结构的稳定性,掺杂后的材料团聚严重,分散性很差,Li+脱嵌距离变长,使倍率性能下降;并采用石墨烯包覆最佳比例为3%,在0.2C下循环100周材料放电比容量为143.7mAh/g,容量保持率高达80.8%,在1.0C下循环100周材料的容量保持率高达91.8%。石墨烯不仅可以减少电解液对活性材料的腐蚀,使材料的循环稳定性提高,而且其超高的离子和电子导电率,使材料的倍率性也得到改善。最后,采用溶胶凝胶法,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为络合剂,制备纳米材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2,粒径约为100nm,对络合剂PVP加入量进行了探索和优化。PVP最佳用量为PVP:M=1.0(M为金属离子总量),材料在0.2C下循环100周材料的放电比容量为137.1mAh/g,容量保持率分别为68.6%,在1.0C下循环100周材料的放电比容量为125.5mAh/g,容量保持率分别为82.8%。此条件下材料具有较优异的循环稳定性和倍率性能,这是由于纳米材料的脱嵌路径较短,载流子脱嵌加快,大电流放电性能得到改善,同时纳米材料具有更大的比表面,离子脱嵌位点增多,活性物质得到有效利用,放电容量高。