锂离子电池三元正极材料的制备及电化学性能研究

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锂离子电池是一种清洁、高效的能源,已广泛的应用于手机、数码相机和笔记本电脑等便携式的电子设备上,并逐渐的应用于电动汽车上。目前锂离子电池的正极材料仍以LiCoO2为主,但由于钴价格的逐年上涨以及LiCoO2本身在安全性能方面的缺陷,大量的科研工作者一直致力于寻找成本低、性能优良的替代LiCoO2的电池材料。本论文选取当前被认为最有希望成为动力电池材料的钻、锰、镍三元系正极材料进行了研究探索,期望能够探索出一条制造高性能锂离子电池的简易之路。作为最新一代的正极材料,钻、锰、镍复合正极材料具有制造成本低、充放电比容量高、充放电电压高和循环性能好等优点,不仅有能力取代目前在小型便携式电源中已广泛商业化应用的LiCoO2正极材料,而且在大功率锂离子动力电池方面也表现出巨大的发展潜力,是当今锂离子电池正极材料界的研究热点。本文采用机械活化—高温固相法制备锂离子电池正极材料LiCoO2采用分段式合成制度,并详细地研究了球磨方式、球磨时间、合成温度、合成时间、Li/M金属比等因素对该复合正极材料的结构和电化学性能的影响,可知影响材料结构和电化学性能的主要因素为合成温度、合成时间、Li/M金属比。此外,在单因素实验分析的基础上,通过三因素两水平的正交实验优化工艺条件,进行了优化工艺条件下的实验。实验还对正极浆料的配比进行了研究。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能测试、电化学工作站等测试手段对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行表征。机械活化—高温固相法制备LiCoO2材料的最佳合成条件为:添加分散剂球磨6h;预合成温度500℃,预合成时间不低于4h;合成温度900℃,合成时间20h;Li/M金属比为1.11;导电剂碳黑的添加量以质量分数为10%;PVDF的添加量以质量分数为5%。对制备的正极材料进行电化学性能检测,在2.7-4.4V内以0.2C充放电,材料的初始放电比容量为183.1mAh·g-1,50次循环后的容量保持率为98%,表现出了良好的电化学性能。
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