高镍基锂离子电池正极材料的制备及电化学性能的研究

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面对日益严重的资源压力和环境危机,发展可再生能源被认为是亟待需要解决的技术问题。高镍基三元材料LiNi1-x-yCoxMnyO2因其高比容量成为锂离子电池正极材料中最具有应用前景的候选材料,因此对高能量电池材料的研究有着重要的意义。本文主要以NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O和MnSO4·H2O为原料,用共沉淀法制备三元前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2,与LiOH·H2O球磨混合后,通过高温固相法烧结,最终获得高镍基锂离子电池三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。主要以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2作为研究材料,改进其合成的工艺条件,以及为提高LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的稳定性用Ti4+和Zr4+进行掺杂改性的研究。通过对合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料最佳工艺条件的研究,利用XRD、SEM、充放电性能测试和CV等测试手段,探究了不同烧结温度,不同烧结时长,不同锂配比量等参数对材料的影响。最终结果表明以锂配比量为Li/TM(Ni+Co+Mn)=1.10:1,在750℃下烧结12h得到的正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的电化学性能相对最好。在2.54.3V的截止电压范围内,0.5C的倍率下,材料的首周放电比容量为183.8mAh/g,在50周循环后的容量保持率为90.9%。为进一步提高材料的电化学性能,对Ti4+和Zr4+单元素掺杂后的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料进行研究。结果显示在掺杂TiO2量为1.25%时,材料的循环稳定性和倍率性能表现最为优异,此时材料首周的放电比容量为181.5mAh/g,100次充放电循环过后容量仅损失4.9%。探究了掺杂ZrO2量为1%,2%,3%时对Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-xZrxO2正极材料的影响,XRD结果表明Zr4+掺杂后的材料没有影响材料的整体结构。发现在掺杂量为2%时,2.54.3V、0.5C下材料的放电比容量为193.5mAh/g,50周循环后的容量保持率为92.9%,其放电比容量和循环稳定性均优于未掺杂的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料。
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