摘要：

LiNixCoyMn1-x-yO2作为层状正极材料,同时具有层状钴酸锂,镍酸锂和锰酸锂材料的优点.因其具有的成本低,容量高和环境污染小等特点,已经在某些应用上取代传统的钴酸锂正极材料.尽管如此,让LiNixCoyMn1-x-yO2具有更高的能量密度,循环稳定性和热稳定性仍是亟待解决的需求. 本论文选取Ni含量高的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为研究对象,对其合成与表面修饰进行研究.本论文首先采用共沉淀法合成前驱体Ni0.8Co0.1 Mn0.1(OH)2,然后高温煅烧出产品,通过优化合成条件,以获得类球形,电化学性能良好的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料;利用Li2MnO3作为包覆层对L... 展开 LiNixCoyMn1-x-yO2作为层状正极材料,同时具有层状钴酸锂,镍酸锂和锰酸锂材料的优点.因其具有的成本低,容量高和环境污染小等特点,已经在某些应用上取代传统的钴酸锂正极材料.尽管如此,让LiNixCoyMn1-x-yO2具有更高的能量密度,循环稳定性和热稳定性仍是亟待解决的需求. 本论文选取Ni含量高的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为研究对象,对其合成与表面修饰进行研究.本论文首先采用共沉淀法合成前驱体Ni0.8Co0.1 Mn0.1(OH)2,然后高温煅烧出产品,通过优化合成条件,以获得类球形,电化学性能良好的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料;利用Li2MnO3作为包覆层对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料进行表面修饰,以改善其在高电压充放循环下的电化学性能和热稳定性,以及在空气中的贮存性能;采用LiCoO2作为包覆层,以提高材料结构的稳定性及贮存性能. 第三章详细阐述了利用共沉淀法合成类球形Ni0.8Co0.iMn0.1(OH)2前驱体.通过对合成工艺过程中参数(氨络合剂浓度,进料速度,温度等)的控制,获得理想的前驱体.氨水溶度为3 mol· L-1,进料速度为1 mL·min-1,反应温度为55℃,氢氧化钠溶液及金属离子溶液的浓度分别为4 mol· L-1和2 mol·L-1,反应过程中控制反应液pH值为11.0.获得的前驱体与LiOH· H2O按摩尔比为1:1.03充分混合,然后在氧气氛围下开始煅烧,先经过480℃预烧6个小时,再经过750℃高温煅烧15个小时,最终获得类球形LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料.电化学循环测试结果显示,在3-4.3 V工作电压区间,采用170mA·g-1的大电流进行充放电,首圈放电比容量为170.6mAh·g-1,50个循环后的容量保持率为88.9%;而在3-4.5 V工作电压下,采用180 mA·g-1的大电流进行充放电,首圈放电比容量提高至195.5 mA·g-1,50个循环后的容量保持率仅为75.7%. 第四章阐述采用沉淀法直接将Mn(OH)2沉淀在上述获得的氢氧化物前驱体表面,再与锂盐共混,进行煅烧,以获得由Li2MnO3包覆的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料.研究结果表明,Li2MnO3包覆层能够有效改善LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的热稳定性和电化学性能.包覆后的材料在工作电压为3-4.5 V,电流密度为180mAh·g-1充放电条件下,首圈放电比容量为202.5 mAh·g-1,50个循环后容量保持率为86.4%,而未经包覆处理的材料50个循环后的容量保持率仅为75.7%.此外,材料的界面也得到改善.DSC数据表明:经过表面包覆后的材料放热量减少,热稳定性得到提升.在空气中长时间放置后的材料的FT-IR和XRD测试结果表明:Li2MnO3包覆层可以保护LiNi0.8Co0.1 Mn0.1O2免受空气中的二氧化碳侵蚀,抑制电化学性能的恶化,使材料的贮存性能得到提升. 第五章阐述采用溶胶凝胶法将LiCoO2包覆在LiNi0.8Co0.iMn0.1O2材料表面.通过对不同包覆的研究发现,当包覆量为1 wt%时,材料展现的电化学性能最优.该复合材料在3.0-4.3 V的工作电压和180mA·g-1的电流密度下,首圈放电比容量达到175.6mAh·g-1,100个循环后的容量保持率为92.4%;而未经包覆处理的材料100个循环后的容量保持率为82.1%.交流阻抗数据表明:包覆后的材料电荷转移阻抗增长受到抑制.LiCoO2包覆层能抑制NiO相的生长.在空气中长时间放置后的材料的FT-IR测试和XRD测试的结果说明:LiCoO2包覆层在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2放置在空气中时能起到隔绝二氧化碳的作用,显著提升材料的贮存性能. 收起

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