论文部分内容阅读
为得到质量比容量高、循环寿命长、倍率性能优的LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2产物,本次研究对其合成方法（溶胶凝胶法、溶胶凝胶酯化法）和改性手段(Zr4+掺杂、Li2O-2B2O3包覆、一维层次结构合成)进行创新性研究,通过XRD、SEM（TEM）、充放电循环、CV、EIS等测试和表征手段对材料或其组装而成的模拟电池进行分析,并在最后讨论了与Li4Ti5O12构成全电池的性能。1)采用溶胶凝胶法（SG法）合成LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2纯相,易于工业推广。单因素考察得到的最优合成条件为pH=4、Li/（Ni+Co+Mn）=1.07、800℃、12h煅烧。最优合成样品在0.1C和0.2C下、2.6-4.7V内的首次放电容量为180.75和172.22mAhg-1,循环50次后容量保持率为64.96%和62.32%。2)采用溶胶凝胶酯化法合成LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2纯相,更强络合作用的聚酯使前驱体各金属离子混合地更加均一,优化得到更温和的煅烧条件:800℃、8h。最优样品在0.2C、2.6-4.7V内的首次放电容量和循环50次后容量保持率分别为181.58 mAhg-1和66.39%。并将其与相同煅烧条件下SG法合成的LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2样品性能进行了对比。3)首次对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2进行1mol%Zr4+的掺杂。半径更大的Zr4+成为层间支柱,Li（Ni0.4Co0.2Mn0.4）0.99Zr0.01O2层间距离增大,结构和循环稳定性更优,在0.2 C、0.5 C下的首次放电容量和循环50次后容量保持率分别为162.4 mAh g-1和80.5%、157.5 mAh g-1和70.9%。4)对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2进行Li2O-2B2O3（LBO）材料的包覆,在1wt%、2wt%、3wt%中比较得到最优包覆量为2wt%,能形成约10nm厚、均一完整的包覆层。EIS测试结果显示LBO锂快离子导体的性质能抑制电化学阻抗的上升,提高电化学性能,在0.2C下、2.6-4.7V内的首次放电容量为165.58 mAhg-1,循环50次后容量保持率为79.85%。5)对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2进行分步草酸盐共沉淀法的合成,利用先期沉淀而得的草酸钴作为模板制备一维层次结构的产物。最优合成条件（H2C2O4/（Ni+Co+Mn）=1.2、900℃、14h煅烧）下制备而得的初级颗粒长约600-700nm、宽约100nm。产物在0.1C、0.2C条件下首次放电容量和循环50次容量保持率分别为179.50mAhg-1和77.38%、175.22 mAhg-1和75.85%。6)SG法最优LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2纯相与成品Li4Ti5O12按照“负极容量/正极容量=0.8”组成全电池。凭借负极“零应变”的结构特性,全电池循环稳定,在0.2C、0.3C、0.5C和1.0C倍率下循环50次后容量保持率分别为85.74%、87.09%、85.15%和82.94%。