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近年来,锂离子电池正极材料LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2因其具有振实密度高、循环性能好、制造成本低、环境污染小等特点,是目前锂电池最具潜力的正极材料之一,是新能源材料领域的研究热点。 本文分别采用共沉淀法和水热法合成了LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2正极材料,采用XRD、SEM、EDS等技术和电化学方法对其结构、形貌、组成和电化学性能进行表征和测试,探讨LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2正极材料不同制备方法的最佳工艺条件,并通过Pd2+和Zn2+掺杂对材料进行改性研究。 在共沉淀法中,选择不同碳酸盐Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3、Na2CO3+NH4HCO3作为沉淀剂,系统的研究了pH值、反应温度、煅烧温度等因素对材料LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2结构和电化学性能的影响,结果表明:采用Na2CO3作为沉淀剂时,pH=8.5,反应温度50℃,煅烧温度为850℃时制备的样品颗粒大小最均匀,0.1 C倍率2.5~4.3 V下首次放电容量为168.75 mAh·g-1,20次循环后容量保持率为95.76%,四种碳酸盐沉淀剂中,碳酸氢氨作为沉淀剂效果较好,且不同碳酸盐作为沉淀剂制备的LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2均具有α-NaFeO2层状结构。共沉淀法采用NaOH作为沉淀剂时,pH=11.0,锂配比1.05∶1,煅烧温度为850℃时制备的样品电化学性能较好,0.1 C倍率下2.5~4.3 V首次放电容量为174.66mAh·g-1,20次循环后容量保持率为97.30%。制备的LiMn1/3Co1/3Ni1/3O2同样具有α-NaFeO2结构,且粒径较均匀。 在水热法中,系统的研究了不同锂配比、反应温度、反应时间等因素对材料结构和电化学性能的影响。结果表明,当锂配比为30∶1,反应温度200℃,反应时间为10小时,制得的材料具有α-NaFeO2结构且电化学性能较好,0.1 C倍率下2.5~4.3 V首次放电容量167.68mAh·g-1,20次循环后容量保持率为94.64%。 通过水热法掺杂Pd2+及共沉淀法掺杂Zn2+,对材料进行了改性研究。结果表明,掺杂Pd2+未改变材料的α-NaFeO2层状结构且增加了材料结构稳定性,当掺杂量为3%时,材料的电化学性能最好,室温0.1 C倍率下2.5~4.3 V首次放电容量为169.24mAh·g-1,0.5 C倍率循环50次后放电容量为137.86 mAh·g-1,容量保持率为78.82%;循环伏安法和交流阻抗法研究表明3% Pd2+掺杂降低了材料的脱嵌Li+反应电荷转移电阻,提高了材料的锂离子扩散速率,改善了材料的电化学性能。Zn2+掺杂提高了材料的放电容量、倍率性能和锂离子扩散速率,增加了材料可逆性。最佳掺杂量1%时材料在室温0.1 C倍率下2.5~4.3 V首次放电容量为184.39mAh·g-1,2.0 C倍率下循环100次后放电容量为104.66mAh·g-1,保持率为56.76%。