铝氧化物包覆富锂层状正极材料的制备及电化学性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kaixun520
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随着人们环保意识的增强及电动汽车、医疗仪器、航空航天器件的大力发展,高能量密度、高功率密度的储能器件成为现阶段能源领域的研究热点和重点。由于富锂层状正极材料放电比容量高,能量密度高,安全性能好及环境友好等特点,已成为取代传统正极材料LiCoO2理想之选,受到人们越来越多的关注。富锂层状正极材料可用通式xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni、 Co、Mn等过渡金属中的一种或几种,其中0≤x≤1)来表达,结构类似LiCoO2o本论文围绕Li1.2Ni0.2Mn0.6O2及Li1.15Ni0.17Co0.11Mn0.57O2两种富锂层状正极材料的包覆及电化学性能研究展开工作:首先,采用共沉淀法制备Mn0.75Ni0.25CO3前驱体,再加入锂源通过固相煅烧法合成层状化合物Li1.2Ni0.2Mn0.6O2,并采用异丙醇铝对共沉淀法制备出的前驱体Mn0.75Ni0.25CO3进行预表面包覆,添加铝源烧结最终得到LiAlO2包覆的Li1.2Ni0.2Mn0.6O2正极材料。实验结果表明,相比未包覆材料的电化学性能,LiA1O2包覆Li1.2Ni0.2Mn0.6O2材料的循环性能等电化学性能得到明显提升。未包覆Li1.2Ni0.2Mn0.6O2材料经过100圈循环后放电比容量从205.6mAh/g降至134.2mAh/g,容量保持率为65.3%,而LiAlO2包覆Li1.2Ni0.2Mn0.6O2材料同样经过100圈循环后放电比容量从213.2mAh/g降低至192.9mAh/g,容量保持率为90.5%。然后,以不同铝源硝酸铝(A1(NO33)、异丙醇铝(C9H21AlO3)及纳米氧化铝(nano-Al2O3)为原料通过不同方法对富锂层状氧化物正极材料Li1.15Ni0.17Co0.11Mn0.57Mn0.57O2进行包覆改性,研究了以不同铝源为原材料对Li1.15Ni0.17Co0.11Mn0.57O2进行A1203包覆后对材料的结构和电化学性能的影响。结果表明,未包覆样品在0.2C下的放电比容量为197.9mAh/g,在10C下的放电比容量仅为71.5mAh/g,而以Al(NO3)3、C9H21AlO3 及 nano-Al2O3为包覆材料的样品在0.2C放电比容量分别为220.1、203.4和194.2mAh/g,在10.0C倍率下放电比容量分别为94.7、77.8和72.6mAh/g,均高于未包覆材料的放电比容量。最后,由于纳米氧化铝包覆正极材料的电化学性能不是很理想,本章对纳米氧化铝包覆正极材料的制备方法及煅烧温度进行优化。以纳米氧化铝(nano-Al2O3)为原料采用混合球磨法结合不同煅烧温度对富锂层状氧化物正极材料Li1.15Ni0.17Co0.11Mn0.57Mn0.57O2进行A1203包覆改性。实验结果表明,在0.5C倍率下,未包覆材料的放电容量只有181.5mAh/g,在2C倍率下,放电比容量为142.8mAh/g。而煅烧温度为650℃和800℃的Al2O3包覆样品,放电容量均高于未包覆材料的容量,在0.5C下分别为2O2.5mAh/g和201.2mAh/g,在2C下,容量分别为153.6mAh/g和151.7mAh/g。煅烧温度为650℃和800℃的样品的循环性能亦优于未包覆和其他煅烧温度的样品,在0.5C倍率下,经过100圈循环后,其容量分别为163.2mAh/g和167.4m Ah/g,而未包覆材料的容量只有146.3mAh/g。
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