LiNixCoyAl1-x-yO2材料的制备及性能研究

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Li(Ni-Co-Al)O2作为高镍材料具有电压平台高、容量高等优点,近年来在国际上引起了很大的关注,但是该材料的热稳定性能不高,而且均一性和重复性较差。本论文为降低煅烧温度、配锂量等次要因素对主要因素(镍钴铝离子配比)的影响,首先通过不同的锂源添加方法制备出LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料,找出均一性和重复性最好的制备条件,然后通过此制备条件制备出LiNixCoyAlyO2系列材料,并对其电化学性能和热稳定性能进行研究比较,找出电化学性能和热稳定性能最优的过渡金属离子比。研究结果表明:(1)固相法、液相法以及固液混合法三种添加锂源方法中,固液混合法添加锂源时,煅烧过程和配锂量等因素对材料电化学性能的影响最低,结晶过程最稳定。除此之外,固相法制备的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2充放电性能较好,放电比容量达到185.7mAh/g,但煅烧温度、锂源等条件的影响很大,比容量最大时相差近60mAh/g。液相法充放电性能最好,常压下比容量达到189.4mAh/g,50圈循环后容量保持率89.2%,配锂量的影响也较小,但煅烧温度对材料结晶过程的影响较大。三种制备方法中最稳定的制备条件为:乙醇作溶剂,液相加入摩尔比1:1的硝酸锂,进行第一步高温煅烧,加入摩尔比0.1:1的氢氧化锂,再进行第二步高温煅烧。(2)使用最稳定的固液混合添加锂源法制备出LiNixCoyAl1-x-yO2系列材料,并进行比较分析。实验结果表明,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2和LiNi0.8Co0.01Al0.1O2材料二次颗粒形态最好。2.5~4.3 V循环时,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料充放电性能最好,首次放电比容量181.8mAh/g, 50圈后容量保持率95.72%。而且常压下Co、Al电化学相容性不好,随着共掺杂量的增加,比容量衰减量增加,电化学反应阻抗增加,锂离子扩散系数降低。但是2.7~4.5V充放电时,LiNi0.8Co0.1Al0.1O2材料电化学性能最好,放电比容量达到182.2mAh/g,高压循环50圈后,容量衰减仅30.6mAh/g,表明电解质存在时,LiNi0.8Co0.1Al0.1O2材料热稳定性最好。但是TG-DTA测试结果表明电解质不存在时,Co、Al掺杂量越大,材料热稳定性越高,而且材料在高温相变时并不放热。
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