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富锂正极材料制备与表面改性研究

【摘要】:富锂层状正极材料因其高容量,低成本和高安全性而具有广阔的应用前景。但富锂正极材料的结构相对复杂,并且电化学性能方面存在一系列问题,如首次不可逆容量损失、循环容量损失以及放电电压衰减等,这都影响着其进一步的应用,因此研究富锂正极材料的制备和改性极为重要。为此本文采用溶胶凝胶法制备出富锂层状Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料,改进烧结温度工艺参数,并通过改进的均匀沉淀法对其进行Al_2O_3包覆改性以提高正极材料的首次库伦效率、循环性能等电化学性能。前驱体的制备采用溶胶凝胶法,之后优化烧结工艺制得了粒径较小、分布均匀的富锂正极材料,正极材料纯度高且结晶性较好,层状结构明显且阳离子混排度小。以775℃烧结温度参数制得的富锂正极材料表现出相对更好的电化学性能。在0.1 C、2.0~4.8 V条件下电化学测试,首次循环的放电比容量为213.6 m Ah/g,首次库伦效率为71.8%,100周循环放电比容量为181.6 m Ah/g,容量保持率为84.9%。并且其在中值电压衰减情况、电化学阻抗、循环伏安特性等方面都具有相对更好的表现。对富锂正极材料进行Al_2O_3材料进行液相均匀沉淀包覆改性,并探究了均匀包覆层对其电化学性能的影响。包覆后在材料颗粒表面形成了均匀的纳米级包覆层,材料包覆后保持层状结构不变,同时阳离子混排程度有所降低。在0.1 C、2.0~4.8V条件下电化学测试,Al_2O_3包覆量0.7wt.%的正极材料首次循环放电比容量为251.3 m Ah/g,首次库仑效率可达到76.1%,100周循环后比容量保持率提升明显,高达92.9%,同时包覆还有效减缓了循环中的电压衰减,适量的Al_2O_3包覆有效提高了正极材料的电化学性能。图30幅,表11个,参考文献70篇

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