锂离子电池正极材料球形LiNiMnCoO的制备与性能研究

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由于Co价格昂贵,且有一定毒性,人们一直试图寻找目前广泛商品化的锂离子电池正极材料LiCoO2的替代材料。其中LiNixCo1—2xMnxO2系列材料相对于LiCoO2材料成本更低,且有望得到更好的性能,早已成为国内外的研究热点。 本文采用碳酸盐共沉淀法成功合成了球形LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,同时采用TG—DTA、ICP、XRD、SEM、模拟电池测试等多种测试手段对该体系的制备与结构、形貌、性能做了系统的研究。综合考察了预处理方式和高温处理方式对材料的影响,优化了合成工艺。实验表明:控制溶液pH值在7.4—7.6,沉淀剂与金属盐溶液浓度比为1.2~1.5,反应温度为50℃得到球形前体,氧化、掺Li后850℃下煅烧15h得到的材料有很好的电化学性能。2.5—4.5V,0.05C放电时,材料比容量可达191.5mAh/g; 2C放电仍有169.2mAh/g; 0.1C循环30圈,保持率为97.2%。对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料掺Li改性发现适量增加Li含量能显著提高材料循环性能,Li1.1Ni1/3CO1/3Mn1/3O2材料综合性能最佳。在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的基础上,进一步降低Co含量,得到LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2和LiNi0.45Co0.1Mn0.45O2材料,降低了成本,循环性能也有所提高。LiNi0.45Co0.1Mn0.45O2材料循环性能优异,但比容量不高,倍率性能差。LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料具有优异的电性能:比容量可达193.3 mAh/g; 2C放电比容量为170.6 mAh/g; 0.1C循环30圈容量保持率为93.0%。作为比较,用氢氧根法合成出了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料,经优化比较得出该体系在前体制备时控制pH在10.5,高温处理时煅烧温度选择950℃时材料性能最好。本实验未使用氨水等络合剂,合成出的材料为块状粒子。用两种共沉淀法合成出的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料均有较高的比容量和较好的循环性能,但用碳酸盐法合成出的材料倍率性能更好。
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