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锂离子电池正极材料性能的好坏,在很大程度上制约着锂离子电池的使用寿命和安全性能,所以正极材料的研究是锂离子电池研究中的重中之重。具有三元层状结构的LiNixCoy Mn1-x-y O2,集LiNiO2、LiCoO2、LiMnO2三种材料的优点于一身,成本低廉、可逆容量较高、循环性能稳定,是一类非常有希望的材料之一。近几年,Yang-Kook Sun和Argonne实验室通过利用共沉淀法、高温固相法成功的制备出了一系列的核壳以及浓度梯度的LiNixCoy Mn1-x-y O2材料,经测试后发现,合成的核壳结构材料能够弥补非核壳结构材料的循环性能差、安全性能低的缺点。然而,Y.K.Sun和Argonne实验室并没有研究的是:不同壳层组分以及不同壳层厚度对核壳结构材料性能的影响,也没有对核壳结构材料与同成分下的非核壳结构材料进行对比性研究。因此,本论文依据LiNiO2-LiCoO2-LiMnO2三元相图,将已经商业化应用的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2分别设计成同成分下的系列双核壳结构和系列单核壳结构材料,通过对比研究系列双核壳结构材料中壳层组分的不同,来分析壳层组分对材料性能的影响;通过对比系列单核壳结构材料中壳层厚度的不同,来分析壳层厚度对材料性能的影响。在本组实验中,设计核材料时,选择以高容量的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2作为核材料,以简单容易合成并且已经商业化应用的Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2为过渡壳层材料,分别以高稳定的Li Ni0.4Co0.2Mn0.4O2、LiNi0.45Co0.1Mn0.45O2、LiNi0.475Co0.05Mn0.475O2、LiNi0.5Mn0.5O2为壳材料,将Li Ni0.5Co0.2Mn0.3O2重新设计为双壳结构Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)core(Ni1/3Co1/3Mn1/3)inter shell(Ni(1-x)/2CoxMn(1-x)/2)shell]O2(x=0、0.05、0.1、0.2)。在本实验中,首先用共沉淀的方法合成了相应的系列双核壳结构前驱体,然后将制备的前驱体与计量比的Li2CO3混合均匀(Li/M=1.05:1),然后在850°C下焙烧16 h,制备得到双壳结构的含锂氧化物。随后,对材料的组成、结构、形貌和电化学性能等进行了相应的测试与研究。比较相同成分下核壳结构材料中,不同壳层组分对核壳结构材料性能的影响。将LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2设计成核壳结构Li{[NiyCo1-2yMny](1-x)}core{[Ni1/2Mn1/2]x}shell O2(0?x?0.5;6y+3x-6xy=2)。通过共沉淀法合成了具有核壳结构的前驱体{[NiyCo1-2yMny](1-x)}core{[Ni1/2Mn1/2]x}shell(OH)2,将洗涤、烘干、过筛后的前驱体与LiOH以一定的计量比(Li/M=1.05)混匀,经800°C高温煅烧后得到相应的含锂氧化物,然后对材料的组成、结构、形貌和电化学性能等进行了研究,研究核壳结构中不同壳层厚度对核壳结构材料性能的影响。通过对核壳结构LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的研究和与同成分的非核壳结构材料对比发现,(a)核壳结构能够提高材料的循环性能以及热稳定性能;(b)在核壳结构材料中,随着壳层中Mn元素的增加,材料的循环性能以及热稳定性能会相应的提高;(c)随着壳层厚度的增加,材料的循环性能以及热稳定性能也有一定的提高。