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目前市售的锂离子电池正极材料主要采用层状LiC002。由于钴资源的短缺、LiCoO2材料在大电流充放电和高温环境使用的不安全等因素,研究开发新一代高性能正极材料成为一项重要课题。尖晶石型LiMn204材料具有原料来源广泛、生产成本低和环境友好等优点,特别是因为充放电电压高、循环性能好、比容量较高和使用安全等优良的电化学性能,该材料已成为锂离子电池正极材料研究的重点。但该材料存在高温容量衰减快、高温性能不理想等缺点。为了改善其性能,本文通过改进该材料的合成方法,制备出性能优异的钴和镧掺杂富锂型球形锰酸锂材料,并对材料的结构、表面形貌和电化学性能进行了研究。
本论文首先采用控制结晶法制备了球形碳酸盐型前躯体材料,经过对比研究得出最优化的制备工艺:沉淀剂为NH4HC03:反应物浓度分别为:盐溶液=2mol/L,NH4C03=2mo/L,;加入方式为采用蠕动泵并加;反应时间为4h,搅拌强度为300r/min,陈化时间为lh,反应体系温度为15℃。在该最佳工艺条件下制备的球形前躯体的振实密度可达1.8g/cm3。同时,在该条件下制备的前躯体球形度好、晶体结构致密、粒径分布均匀。
以上述制备的球形碳酸盐为前躯体制备得到了Co和La掺杂的球形富锂型锰酸锂材料。在700℃-850℃的焙烧温度范围内,随着焙烧温度升高,X射线衍射(XRD)结果表明,合成材料为单相,材料结晶度上升;扫描电镜(SEM)结果表明,材料粒径增大,比表面减小。钴和镧共掺杂的富锂型锰酸锂材料具有较小的极化电阻,在800摄氏度焙烧的Li1.1Co0.02La0.0lMn204扣式电池具有最佳电化学性能,1C倍率50周循环充放电其容量保持率达98.5%。电池实效性能测试结果表明,掺杂后的材料具有良好的高温性能,45℃循环400次后容量保持率大于82%。