论文部分内容阅读
锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、质量轻、体积小、高工作电压、以及环境友好等诸多特点,在人类的生活的各个领域都有应用。由于层状型镍钴锰酸锂材料具有较高比容量、能量密度高、毒性低、电压平台高和热稳定性能好等特点。目前镍钴锰酸锂三元正极材料被认为是最有应用前景的新型锂离子电池正极材料之一。本文通过高温固相烧结,将Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2前驱体和Li2CO3按照一定的比例混合,研磨均匀之后置于马弗炉中进行二次煅烧,制备出所需要的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料。在制备LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料过程中,研究了不同掺锂量,不同高温煅烧温度、Al3+掺杂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料性能的影响。通过SEM,XRD对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料的结构和形貌进行表征,并且对其进行电化学性能测试。(1)以氢氧化镍钴锰前驱体和碳酸锂为原料,研究了不同锂配比(Li/TM=1:1,1.06:1,1.10:1,1.15:1,过渡金属元素TM=Ni、Co、Mn)对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料结构与性能的影响。在四种锂配比中,当Li/TM=1.10时,LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料具有最低的阳离子混排,其I(003)/I(104)的峰强比值为1.45。而且该配比下,材料的首次放电比容量和循环性能也是四种锂配比中最优异的。在0.5C下,材料的首次放电比容量为158.1m Ah/g,在0.2C下,样品50次循环后放电比容量为135.2m Ah/g,容量保持率为79.4%。(2)探究了750℃、800℃、850℃、900℃四种不同高温煅烧温度对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料电化学性能的影响。通过对制备样品的结构和形貌表征,以及电化学性能的测试,发现:随着高温煅烧温度的提升,样品的阳离子混排程度、首次放电比容量和循环性能均得到了改善。当高温煅烧温度为850℃时,样品的阳离子混排程度最低,在0.2C下,材料的首次放电比容量为177.6m Ah/g,在0.5C下,样品循环前的放电比容量为168.0m Ah/g,经50次循环后放电比容量为143.5m Ah/g,容量保持率为85.4%。850℃的样品的电化学性能最优。(3)对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料进行不同含量的Al3+掺杂,研究掺杂不同Al含量的Li[(Ni0.5Co0.2Mn0.3)1-xAlx]O2(x=0,0.01,0.02,0.03)三元正极材料的微观结构和电化学性能发现:掺杂之后的样品仍然具有较好的层状结构,与未掺杂样品相比,掺杂样品的阳离子混排程度有所降低。随着掺杂Al量的增加,掺杂样品的粒径有所减小,晶粒比较均匀。掺杂样品的首次充电比容量比未掺杂的样品有所下降,但是掺杂Al3+之后,样品的循环性能得到了改善。其中掺Al量x=0.02时,掺杂样品的电化学性能最优。在2.8-4.4V电压区间,0.2C下,样品的首次放电比容量为179.7m Ah/g,样品经50次循环之后其放电比容量为162.0 m Ah/g,容量保持率最高为90.1%