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  本文關(guān)鍵詞：富鋰錳基正極材料倍率和循環(huán)性能的改性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京理工大學(xué)》 2015年

富鋰錳基正極材料倍率和循環(huán)性能的改性研究

張琳靜  

【摘要】：近年來(lái)，層狀富鋰錳基正極材料Li2MnO3·(1-x)LiMO2（M=Ni0.5Mn0.5或Ni1/3Co1/3Mn1/3）由于其具有高容量、低成本和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者們的廣泛關(guān)注，很有希望成為下一代高性能鋰離子電池用正極材料。但是此類材料在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些問(wèn)題：首次不可逆容量損失嚴(yán)重、安全性欠佳、倍率性能和循環(huán)性能差等。本文以Li1.2Ni0.2Mn0.6O2二元富鋰材料和Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2三元富鋰材料為研究對(duì)象，以改善材料的倍率性能和循環(huán)性能為主要目標(biāo)，主要開(kāi)展了以下幾方面的研究?jī)?nèi)容：采用水熱法合成了具有棒狀納米/微米分級(jí)結(jié)構(gòu)的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2二元富鋰材料；采用碳球輔助水熱法合成了具有高倍率性能的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2二元富鋰材料；采用水熱法合成了具有多孔微米棒狀結(jié)構(gòu)的Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2三元富鋰材料；采用兩步法（沉淀法和離子混合法）合成了有利于鋰離子脫嵌的球形分級(jí)結(jié)構(gòu)的Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2三元富鋰材料。 采用水熱法和煅燒相結(jié)合的工藝制備出了具有棒狀納米/微米分級(jí)結(jié)構(gòu)的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2二元富鋰錳基正極材料。首先，以醋酸鹽和草酸為原料，在水熱反應(yīng)過(guò)程中形成具有微米棒狀結(jié)構(gòu)的草酸鹽前軀體；然后，草酸鹽前軀體在高溫煅燒過(guò)程中發(fā)生分解，得到具有棒狀納米/微米分級(jí)結(jié)構(gòu)的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2正極材料。結(jié)果表明，該材料具有良好的循環(huán)性能和倍率性能，在0.1C倍率下的初始放電容量高達(dá)297mAh g-1，經(jīng)過(guò)50周循環(huán)后容量仍能保持在266mAh g-1，1C倍率下循環(huán)30周后放電容量保持在212.2mAh g-1，是初始放電容量的97%，2C倍率下最高放電容量達(dá)214.3mAh g-1。 采用碳球輔助水熱法制備出具有高倍率性能的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2二元富鋰錳基正極材料。首先，以葡萄糖為碳源，采用水熱法制備碳球；然后以醋酸鹽和草酸為原料，將碳球加入其中，采用水熱法和高溫煅燒相結(jié)合制備Li1.2Ni0.2Mn0.6O2正極材料。研究了不同碳球加入量對(duì)材料形貌和電化學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，加入碳球量為10wt%時(shí)得到的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2材料電化學(xué)性能最優(yōu)。該材料在1C，2C和5C倍率下的最高放電容量高達(dá)238.7，219.3和204.8mAh g-1，而未使用碳球的材料最高放電容量?jī)H205.8，187.4和137.5mAh g-1。 采用水熱法和煅燒相結(jié)合的工藝制備出了具有多孔微米棒狀結(jié)構(gòu)的Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2三元富鋰錳基正極材料。在水熱反應(yīng)過(guò)程中形成具有微米棒狀結(jié)構(gòu)的草酸鹽前軀體，然后在高溫煅燒過(guò)程中草酸鹽前軀體分解，得到多孔微米棒狀Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2正極材料。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，該材料在0.1C倍率下的初始放電容量高達(dá)280.7mAh g-1，經(jīng)過(guò)50周循環(huán)后，容量仍保持在245.7mAh g-1，且微米棒狀結(jié)構(gòu)得到保持，材料在1C，2C和5C倍率下的放電容量分別達(dá)到225.6，201.7和172.7mAh g-1，循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能都明顯優(yōu)于溶膠-凝膠法合成的材料。 采用兩步法合成了有利于鋰離子脫嵌的球形分級(jí)結(jié)構(gòu)的Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2三元富鋰錳基正極材料。首先，采用沉淀法合成具有海膽狀的-MnO2前軀體，研究了沉淀反應(yīng)時(shí)間對(duì)前軀體形貌的影響；然后，將-MnO2前軀體與鎳鹽、鈷鹽和鋰鹽混合后高溫煅燒，通過(guò)離子混合和膨裂效應(yīng)轉(zhuǎn)化成具有球形分級(jí)結(jié)構(gòu)的Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2正極材料，其中，構(gòu)成分級(jí)結(jié)構(gòu)的一次納米顆粒具有電化學(xué)活性表面優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)的特征。結(jié)果表明，沉淀反應(yīng)24h的-MnO2前軀體的形貌最優(yōu)，制備出的Li1.2Ni0.13Mn0.54Co0.13O2材料具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能，該材料在1C倍率充電，1C，2C和5C倍率放電時(shí)，經(jīng)過(guò)100周循環(huán)后容量分別保持在212.7，190.9和164.3mAh g-1，，相對(duì)于最高放電容量而言，容量保持率均大于90%，更為突出的是，該材料具有良好的快速充電性能，2.1分鐘內(nèi)容量即可達(dá)到177.3mAh g-1，是0.1C倍率下容量70%左右。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

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