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高容量是未来锂离子电池发展的重要趋势,而目前已经商业化的锂离子电池采用的正极材料主要为LiCoO2,比容量只有140mAh·g-1,同时由于Co有毒,资源有限导致价格昂贵,因此开发新型正极材料成为锂离子电池研究的重点。富锂层状正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2因其容量高、新的充放电机理、成本低成为近年来锂离子电池正极材料的热点。因为引入结构稳定单元Li2MnO3,当首次充电电压大于4.5V时,会出现L型电压平台,首次放电比容量高达200mAhg-1。基于该材料,本论文的研究内容主要可以分为以下几部分:(1)采用溶胶-凝胶法制备了富锂正极材料,首先探究了煅烧温度对富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的性能的影响,在最佳煅烧温度850℃温度下煅烧的材料的首次放电容量为254.2mAh·g-1,首次库伦效率为76.1%,16周循环后,材料保持容量分别为141.6mAh·g-1;在850℃温度下制备了系列富锂正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2(x=0.1-0.5),随着x的增大,富锂正极材料的首次充电容量和放电容量都呈现减小趋势,首次库伦效率逐渐变大;对Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2进行Co3+、V5+掺杂研究,发现Co3+掺杂后材料的放电比容量和循环性能都得到了很大改善,而V5+掺杂能提高材料的首次库伦效率,却使材料的结构稳定性和循环性能恶化(2)采用循环伏安法(CV)和容量间歇滴定技术(CITT)两种不同的方法测定了富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的扩散系数。循环伏安法测定的了富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的表观锂离子扩散系数为6.04×10-12cm2s-1;而根据容量间歇滴定技术(CITT)法计算的锂离子扩散系数为3.13×10-12到1.22×10-10cm2s-1,充电过程中锂离子扩散系数随充电电压的变化趋势为:当电压为3.8V到4.0V之间,锂离子扩散系数随着电压升高而变大,并且在4.0V达到最大值1.22×10-10cm2s-1;当电压达到4.3V时,锂离子扩散系数迅速下降。(3)通过对交流阻抗的等效电路分析,采用多电流密度的时域暂态技术计算了富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2在不同放电倍率下的各部分极化及其占总极化的百分率。计算结果与试验曲线相吻合,从计算结果我们可以得到,Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2/Li半电池的总极化可以分为欧姆阻抗(R0)极化、界面传输阻抗(R1Q1)极化、电荷转移阻抗(R2Q2)极化和锂离子扩散阻抗(Q3)极化,并且分析了各部分阻抗极化占总极化的大小。整个极化过程可以相对地分为由并联电路R1Q1决定的过程I、有并联电路R2Q2和Q3共同控制的过程II。电荷转移的极化、锂离子穿越SEI膜的极化和固态锂离子扩散极化都要引起重视,并通过优化制备方法和电池设计使其达到最小值,才能改善富锂正极材料的倍率性能。