论文部分内容阅读
锂离子电池作为目前性能优异的储能方式之一，其应用范围越来越广，从电子元器件到汽车轮船等交通领域，都可以看到锂离子电池的身影。汽车行业的应用是锂离子电池目前发展的一个最为主要的方向。这一应用要求锂离子电池具有较高的能量密度，较好的倍率性能和循环稳定性，同时具备成本低，安全性高以及环境友善等特点。目前已开发的锂离子电池正极材料大多都不能同时满足这些要求。最近，具有较高能量密度和循环稳定性能的层状富锂锰基固溶体正极材料xLi2MnO3(1-x)LiMO2受到了广泛的关注。随着人们对该种材料的深入研究，具有层状-层状结构和层状-尖晶石结构的材料被开发出来。最近人们又提出向层状-层状结构材料中复合一种尖晶石结构，获得具有层状-层状-尖晶石结构的正极材料。从而使得材料的比容量和循环性能得到进一步的提高。本文以富锂锰基固溶体正极材料0.5Li2MnO30.5LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2为基础，主要研究合成方法和尖晶石结构的复合对其电化学性能的影响。在合成方法上，对传统的共沉淀方法进行改进，首次采用两步温度共沉淀法合成出层状-层状结构固溶体正极材料0.5Li2MnO30.5LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2。物性和电化学性能测试结果表明：两步温度共沉淀法合成出的材料具有明显的层状结构和球形颗粒。初始合成温度较低时，所得材料在0.1C（1C=250mA h/g）倍率下首次放电比容量可达280mA h/g以上；在0.5C倍率下首次放电比容量也可达208.7mA h/g，并且经过50次循环后放电比容量依然保持在170mA h/g以上。为进一步提高性能，合成出具有层状-层状-尖晶石结构的富锂锰基固溶体正极材料δ[0.5Li2MnO30.5LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2](1-δ)Li0.5Mn4/6Ni1/6Co1/6O2（也可写为LixMn4/6Ni1/6Co1/6Oy），采用两步温度共沉淀法，通过降低具有层状-层状结构材料0.5Li2MnO30.5LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2中的Li含量，同时控制Mn:Ni:CO的摩尔比为4:1:1来获得，所得材料的物性和电化学性能测试结构表明：两步温度共沉淀法可以成功制备出LixMn4/6Ni1/6Co1/6Oy系正极材料。初始合成温度为50℃时，合成出的材料Li1.4Mn4/6Ni1/6Co1/6O2.45具有良好的表面形貌，球形颗粒较多，在0.1C倍率下，材料的放电比容量为259.2mA h/g，在0.5C倍率下依然可以达到160.6mA h/g的首次放电比容量，循环50次后放电比容量仍可达到141.9mA h/g，其倍率性能不佳；而当初始合成温度为60℃时，合成出的材料Li1.3Mn4/6Ni1/6Co1/6O2.4的表面形貌较为优异，细小的球形颗粒较多；在0.1C倍率下，材料的放电比容量高达305.3mA h/g，首次充放电循环效率为74.1%，在0.5C倍率下首次放电比容量为209.4mA h/g，经过50次循环后放电比容量为168.8mA h/g，容量保持率不是很好。另外倍率性能测试显示，材料在高倍率下进行循环时，仍具有较好的库伦效率。