锂离子电池三元LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的制备及改性研究

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuchy2008
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LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)正极材料因其具有高能量密度、长循环寿命和高倍率性能等优点,有望取代LiCoO2成为下一代大规模市场化应用的锂离子电池正极材料。本论文采用溶胶-凝胶法制备NCA前驱体,再将该前驱体煅烧后得到NCA正极材料。利用X-射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)分别研究了煅烧温度、保温时间和锂含量等因素对材料的结构和形貌的影响。并采用电化学工作站和电池测试系统,对所得正极材料进行循环伏安(CV)、恒流充放电和电化学阻抗谱(EIS)测试。结果表明,当前驱体中锂含量为1.07时,将其置于氧气气氛中,先在450℃预烧4 h,然后继续升温至750℃煅烧12 h,得到的NCA75样品具有最佳的电化学性能。该样品在0.1 C下首次放电比容量达到189.5 mAh·g-1库伦效率为83.9%,循环100圈后放电比容量为146.6 mAh·g-1,容量保持率为77.7%。以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用化学合成法在NCA正极材料表面包覆含乙氧基官能团的聚硅氧烷。由XRD、FESEM和能谱(EDS)以及透射电子显微镜(TEM)分析可知,TEOS修饰后,NCA表面包覆了一层均匀的非晶聚硅氧烷层,但其晶体结构、晶粒形貌及尺寸并未受到显著影响。N2气等温吸/脱附(BET)分析表明,TEOS修饰后的样品具有较大的比表面积和介孔特性。电化学测试结果表明,TEOS修饰后材料的循环性能显著提升,当TEOS修饰量为3%时,所制备的NCA3T样品在1C下首次放电比容量为156.9 mAh·g-1,循环150圈后放电比容量为159.9 mAh·g-1,容量保持率为101.9%,与未修饰样品相比,容量保持率提高了 49.5%。以MnCO3为原料,采用固相法结合低温热处理在NCA正极材料表面修饰Mn2O3。由XRD、FESEM和EDS分析可知,修饰后在NCA表面形成了Mn2O3修饰层,该修饰层对NCA样品的晶体结构和晶粒形貌没有显著影响。电化学性能测试结果表明,Mn2O3表面修饰后,样品的比容量、循环性能和倍率性能均明显提升。当Mn2O3修饰量为3 wt%时,所得NCA3M样品在0.1 C下首次放电比容量为218.2 mAh·g-1,库伦效率为91.0%,在1C下,循环200圈后容量保持率为84.1%,比未修饰样品提高18%。在5C下放电比容量为139.7 mAh·g-1,高于未修饰样品的108.6 mAh·g-1。
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