论文部分内容阅读
三元层状锂离子电池正极材料NCM因其具有较高的放电比容量、原料来源广泛等优点备受人们青睐。但传统的NCM三元材料因其镍含量较低,材料的比容量偏低,而且输出电压低,导致电池的能量密度较低。本文以三元正极材料体系中的高镍材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2为研究对象,采用共沉淀法进行制备,并通过掺杂改性来探究其电化学性能的改善,从而提高材料的能量密度。本文通过优化材料的制备条件得到了LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料,并探究了不同比例Al、F元素共掺杂对材料电化学性能的影响。采用了XRD、SEM、TGA、EDS、XPS、CV和EIS等多种分析测试手段对材料的结构、形貌和电化学性能进行了系统研究。主要研究内容及结果如下:(1)高镍正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的制备。采用共沉淀法制备出了三元材料前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2,由SEM图可知前驱体呈球形,由一次颗粒堆积而成。分别研究了温度、时间以及不同锂配比对合成材料物化性能的影响。得到的最优合成条件为:Li/(Ni+Co+Mn)摩尔配比1.10,氧气气氛下,500℃预烧5 h,720℃烧结15 h。由XRD分析可知,在该条件下所制备的材料具有较高的结晶度,阳离子混排程度较低。在2.7~4.3 V电压范围内以0.5 C进行充放电测试,初始放电比容量为165.0 mAh·g-1,30次循环后容量保持率为89.6%。该条件下制备的正极材料在1 C、2 C及5 C倍率下初始放电比容量分别为143.1、130.2和60.9 mAh·g-1。(2)采用Al、F元素共掺杂探究对材料电化学性能的影响。由XRD图可知,Al、F共掺杂可有效提高材料的结晶度,降低阳离子混排程度,不同比例Al、F掺杂特征峰伴随有不同程度的改变。实验结果表明,当Al、F掺杂量分别为1%和2%时,所得材料表现出了最好的电化学性能,在2.7~4.3 V电压范围内以0.5 C进行充放电测试,初始放电比容量为187.9 mAh·g-1,30次循环后容量保持率为98.8%。该条件下制备的正极材料在1 C、2 C及5 C倍率下初始放电比容量分别为165.0、147.9和96.0 mAh·g-1。相比于未掺杂的正极材料其电化学倍率和循环性能均得到了明显提升。