Li1+xNi0.83Co0.12Mn0.05O2正极粉体的改性与电池充放电性能

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高镍材料的残碱量(碳酸锂、氢氧锂)极高,电池厂拉浆时发生团聚是一个棘手问题,并且还存在循环寿命较差等问题严重限制了高镍三元材料在锂电池生产企业中的有效应用。本课题以Li1+xNi0.83Co0.12Mn0.05O2粉体为研究对象,研究了Li1+xNi0.83Co0.12Mn0.05O2粉体的最佳制备工艺及掺杂、包覆改性对正极粉体组织结构和电池充放电性能影响。本文通过化学共沉淀法两种不同工艺制备出Ni0.83Co0.12Mn0.05(OH)2前驱体并分别与LiOH·H2O充分混合后高温煅烧合成Li1+xNi0.83Co0.12Mn0.05O2粉体,结果表明连续工艺前驱体和间歇工艺前驱体制备的正极粉体均具有良好的充放电性能。连续工艺前驱体中小尺寸二次颗粒更多,连续工艺前驱体前驱体制备的正极粉体倍率性能、循环性能和压实密度更好。当x=0.04,在500oC煅烧预处理5h后在790oC继续煅烧12h,可制备出性能最优的层状结构Li1.04Ni0.83Co0.12Mn0.05O2粉体,在3.04.3V,0.1C倍率条件下放电容量可达206.6mAh/g,1C倍率下50圈循环容量保持率为85.9%。分别采用2mol.%的Al3+、Zr4+或Ti4+对Li1.04Ni0.83Co0.12Mn0.05O2粉体进行掺杂,试验表明材料的晶体结构没有因为Al3+、Zr4+或Ti4+的掺杂而发生改变,从晶胞参数和SEM证实阳离子是掺杂到晶格中去的。掺杂Al3+、Zr4+的粉体放电容量下降,但是循环性能更加优秀,1C倍率条件下循环50圈后容量保持率分别高达90.5%和91.3%。掺杂Ti4+后虽然没有降低材料的放电比容量,也没有提高循环性能,但是提高了材料的倍率性能。采用湿法包覆,分别合成B2O3包覆量为0.3wt.%,0.5wt.%和1.0wt.%的Li1.04Ni0.83Co0.12Mn0.05O2改性粉体,通过XRD分析发现包覆后的晶体结构不会因为包覆而产生变化,晶胞体积也并未因为包覆而发生变化,通过SEM、EDS和TEM可以清楚地看出B2O3包覆在颗粒表面,且分布均匀。包覆B2O3后的材料放电比容量和循环性能显著提高,包覆0.5wt.%B2O3的Li1.04Ni0.83Co0.12Mn0.05O2循环性能最优,0.1C放电比容量210.5mAh/g,首次效率92.8%,50圈循环容量保持率96.4%,提高了将近10%。
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