【摘 要】
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为了满足高能量密度动力电池对高容量和高安全性三元材料的要求,本文制备了三系列包覆LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2样品,研究了包覆样品制备过程中烧结温度、包覆材料及包覆方法对样品耐高过充电压性能的影响。采用充放电测试、循环伏安法、交流阻抗谱、X-射线衍射谱、X-射线光电子能谱、扫描电镜等现代技术研究了影响样品的性能的关键因素,主要结论如下:1.以LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、Li2C
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为了满足高能量密度动力电池对高容量和高安全性三元材料的要求,本文制备了三系列包覆LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2样品,研究了包覆样品制备过程中烧结温度、包覆材料及包覆方法对样品耐高过充电压性能的影响。采用充放电测试、循环伏安法、交流阻抗谱、X-射线衍射谱、X-射线光电子能谱、扫描电镜等现代技术研究了影响样品的性能的关键因素,主要结论如下:1.以LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、Li2CO3和MnCO3为原料,制得富锂锰氧化物包覆的三元样品。研究表明:包覆没有改变LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元样品的层状结构。在制备的系列包覆样中,910℃制备且理论组成0.15Li1.33Mn0.47O2·0.85LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的样品的放电容量及循环性能最佳。在1C倍率电流的连续充放电过程中,在2.5～4.6V电压区间,样品第1循环的放电容量为178mAh/g,第1循环的库仑效率为73%;在2.5～4.8V电压区间,样品第10循环的放电容量为156mAh/g;在2.5～4.95V电压区间,样品第10循环的放电容量为160mAh/g。在总计55循环的充放电过程中,理论组成 0.1 5Li1.33Mn0.47O2·0.85LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2样品的容量保持率为 90%,而在相同条件下未包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2样品的容量保持率为77%。在2.5～4.95V电压区间,理论组成0.15Li1.33Mn10.47O2.0.85LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的样品的充放电性能得到明显的改善。2.以 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、Ni（OH）2 和 LiOH·H2O为原料,制备了 系列包覆镍酸锂的三元样品。研究表明,理论组成0.05LiNiO2·0.95LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的镍酸锂包覆样具有层状结构和最佳的电化学性能。在1C倍率电流的连续充放电中,该包覆样在总计55循环的容量保持率为92%（其中,在2.5～4.6V电压区间35循环、在2.5～4.8V电压区间10循环、在2.5～4.95V电压区间10循环）。经过镍酸锂包覆的三元材料,在高过充电压下的循环性能得到明显的改善。该包覆样品在高温（55℃）和低温（-22℃）下耐高电压充放电的性能优秀。3.将理论组成为0.05LiNiO2·0.95LiNi0.5Co0.2Mni0.3O2的包覆样与石墨烯按不同质量比制备具有层状结构的复合样。结果表明,石墨烯附着在三元颗粒的表层,与原样品颗粒构成一个完整的导电网络。在 2.5～4.6V 电压区间,0.05LiNiO2·0.95LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2与石墨烯质量比0.425:0.011的优选复合样的放电性能和循环性能最佳。该样品第1循环的放电容量为173mAh/g,第1循环的库仑效率为80%,40循环的容量保持率为91.3%。在高温55℃下,该优选复合样第1循环的放电容量为202mAh/g,第40循环的放电容量为136mAh/g,40循环的容量保持率为67%。在2.5～4.6V电压区间内,在1C、2C、5C、10C、20C、50C和100C倍率电流下充放电42循环的容量保持率为87%。石墨烯显著改善了复合样的大倍率放电性能。
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