Li2MO3(M=Zr、Si)包覆富锂锰基正极材料的制备及其性能研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sdngam
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目前,锂离子电池得到了广泛的应用,需不断研究以满足人们对新应用日益增长的需求。层状的富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(02、LiFePO4等)具有更高的比容量(大于200 mAh·g-1)。但它仍存在首次不可逆容量损失和低的库伦效率、倍率性能和循环性能差等瓶颈问题。本文以二元富锂材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2为研究对象,采用锂离子导体型材料Li2MO3(M=Zr、Si)对优化后的本体材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2进行包覆改性,以改善材料的首次库伦效率、循环性能和倍率性能为目标,研究内容如下:(1)运用溶胶-凝胶法制备本体材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2,通过XRD、SEM、电化学性能测试等手段,研究了过锂量、烧结温度、络合剂配比和烧结时间对材料的形貌结构和电化学性能的影响。结论如下:溶胶-凝胶法制备样品过程中,过锂量、烧结温度、络合剂配比和烧结时间对材料的形貌结构和电化学性能会产生一定影响。当过锂量为5wt.%,络合剂配比为1:1,在900℃下烧结10 h合成的Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2具有最完整的晶型和最优异的电化学性能,0.1C倍率首次放电比容量为256.7 mAh·g-1,库伦效率为71%,在0.5C倍率循环30周后放电比容量为180 mAh·g-1,容量保持率为89.1%。(2)运用溶胶-凝胶法在上述优化后的富锂材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2表面成功包覆了不同量(0wt.%、1wt.%、3wt.%、5wt.%)的Li2ZrO3层。XRD、SEM分析可知,Li2ZrO3包覆层不会改变样品的形貌特征和晶体结构,在TEM下可以清晰看到包覆层的存在形态;当包覆量为1wt.%时,0.1C首次放电比容量为271.5 mAh·g-1,库伦效率为72.4%,首次比容量损失减少;0.5C循环100周后放电比容量为191.5 mAh·g-1,容量保持率为89.5%,远高于未包覆样品的63.7%;5C放电比容量达到75 mAh·g-1,倍率性能提升明显,但包覆量过多会影响材料性能,得出最优包覆量为1wt.%。(3)采用同步锂化方法在富锂材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2表面成功包覆了不同量(0wt.%、1wt.%、2wt.%、3wt.%)的Li2SiO3层,SEM分析可知Li2SiO3包覆层不会改变样品的形貌特征,但XRD图谱中(003)峰向左偏移,说明少量Si4+掺杂进入样品晶格内部,TEM能够清晰观察到包覆层的存在形态。包覆量为2wt.%时,0.1C倍率首次放电比容量为241.5 mAh·g-1,库伦效率为73.1%;0.5C倍率100周后放电比容量为126.3 mAh·g-1,容量保持率为86.5%,远高于未包覆样品的62.5%;倍率性能得到明显提升,2C和5C倍率下放电比容量分别为124.8mAh·g-1和61.2 mAh·g-1
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