超声波辅助合成与铜掺杂对LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2性能的影响

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jayxiandan001
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层状的三元系LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正极材料因具备诸多优点,被认为是最具发展前景的锂离子电池正极材料之一,但其倍率性能、循环性能等还需要进一步改善和提高。本文首先概述了锂离子电池发展的历史背景和工作原理,并详述了锂离子电池正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/302的发展,以及对其改性研究的进展等。以LiNi1/3Mn1/3Co1/302为研究目标,通过改进合成方法,优化了其合成的工艺条件,较系统地研究了LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的结构、形貌以及电化学性能。并通过对其掺杂改性,以提高LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的循环性能及倍率性能。采用超声波辅助共沉淀-固相焙烧法,成功合成了具有孔隙的花瓣状类球形的纳米LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正极材料,通过XRD、SEM、EDX、电化学测试和交流阻抗测试等分析测试手段,研究结果表明:超声波辅助共沉淀-固相焙烧制备的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正极材料为α-NaFeO2层状结构,由纳米级一次颗粒团聚为直径0.8~1 μm的类球形二次颗粒,该材料电化学性能优异,在2.75~4.3V电压范围,0.2、1、2、4C倍率下的首次放电比容量分别为164.7、146.7、131.4、105.0 mAh g-1,循环50次后容量保持率为94.8%、94.3%、90.0%、96.4%。在放电比容量、倍率性能和循环性能等方面都优于传统共沉淀制备的材料,其原因归功于超声波辅助作用的效果,使材料形成具有孔隙的类球形形貌,有利于Li+的嵌入和脱出。采用共沉淀法在LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料中掺杂Cu元素进行掺杂改性研究,通过XRD、SEM、EDX、电化学测试和交流阻抗测试等分析表明:掺杂适量Cu(2wt%)的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料性能最优,并未改变原材料的基本结构和形貌,电化学结果表明,在 0.2,1,2,4C 倍率下,首次容量为 162.6,135.5,106.4,85.0 mAhg-1,循环50次后容量保持率为94.28%,92.69%,101.60%,104%。Cu的掺入提高了LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的倍率性能和循环性能,其原因是Cu掺杂有效减小了LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2电极材料在循环过程中的极化和电荷传递阻抗,提高了LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料的锂离子扩散速率。
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