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锂离子电池富锂三元复合正极材料的研究

【摘要】:目前LiCoO_2虽然作为锂电池的正极材料在市场上仍有很高的商业价值,可由于钴元素有毒及其资源有限,因此锂电池市场中应急需研发一种应用性能更好的新型锂电池的正极材料。富锂层状化合物xLi_2MnO_3-(1-x-y)LiMn_(1/2)Ni_(1/2)O_2-yLiCoO_2和xLi_2MnO_3-(1-x)LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co(1/3)O_2用于锂电池的正极材料不仅具有价格低廉、污染小和热稳定性优良,而且包含比容量较高等突出特性,因此其被广泛地认可为是非常具有发展前景的锂电池正极材料之一。本论文以xLi_2MnO_3-(1-x-y)LiMn_(1/2)Ni_(1/2)O_2-yLiCoO_2和xLi_2MnO_3-(1-x)LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2作为研究目标,优化合成条件、优化过度金属比例,来提高锂离子电池富锂正极材料的电化学性能 首先合成方法采用碳酸盐共沉淀法。使用碳酸盐共沉淀法制备锂离子电池的富锂正极材料0.31Li_2MnO_3-0.63LiMn_(1/2)Ni_(1/2)O_2-0.06LiCoO_2时采用的沉淀剂是Na_2CO_3。沉淀剂影响着合成的样品的形貌、结构和电化学性能等。使用Na2CO_3作为沉淀剂制备出的样品的形貌不规则,粒子粒径不均匀,但使用了在沉淀剂中加入一定浓度的氨水所制备出的样品0.31Li_2MnO3-0.63LiMn_(1/2)Ni_(1/2)O_2-0.06LiCoO_2无论是粒子粒径,还是粒子形貌都表现出较好的均一性与较好的规则性。在所合成的所有样品中,以Na_2CO_3和优化后氨水的浓度作为沉淀剂所制得产物显示出了较好的层状六边形结构,测试结果也显示了其最优的放电比容量和很好的循环性能。因此在碳酸盐共沉淀法反应中,沉淀剂中加入不同的浓度的氨水对所合成的产物0.31Li_2MnO_3-0.63LiMn_(1/2)Ni_(1/2)O_2-0.06LiCoO_2的电化学性能有着一定的影响。 通过碳酸钠共沉淀法制的xLi_2MnO_3-(1-x-y)LiMn_91/2)Ni_(1/2)O_2-yLiCoO_2富锂材料和xLi_2MnO_3-(1-x)LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2这种富锂材料。值得关注的是合成的条件的不同,例如掺杂不同比例的Ni,Mn,Co等过渡金属元素对富锂正极材料xLi_2MnO_3-(1-x-y)LiMn_(1/2)Ni_(1/2)O_2-yLiCoO_2、xLi_2MnO_3-(1-x)LiMn_(1/3)Ni_(1/3)Co_(1/3)O_2物理特性和电化学性能有着一定的影响。xLi2MnO3-(1-x-y)LiMn1/2Ni1/2O2-yLiCoO2的结构、形貌和电化学性能是通过X射线粉末晶体衍射(XRD),扫描电子显微镜分析(SEM),透射电子显微镜分析(TEM)和充放电循环曲线分析结果来进行讨论。 由于高功率和高能量的锂离子电池的广泛需求,还应以不断研究具有能量密度高的大型锂离子电池为目的,层状材料yLi_2MnO_3-(1-y)LiMn_(0.5)-xNi_(0.5)-xCo_2xO_2的研究得到广泛的关注。碳包覆是一个有效进行表面修饰的方法,它广泛的被用于提高锂离子电池电极材料的电化学性能,本论文通过碳包覆富锰锂电池材料所合成的0.5Li_2MnO_3-0.5LiMn_(1/4)Ni_(1/4)Co_(1/2)O_2/C复合材料。并通过XRD、SEM、TEM和电化学测试对电极材料进行表征,结果说明碳包覆在不改变富锂正极材料0.5Li_2MnO_3-0.5LiMn_(1/4)Ni_(1/4)Co_(1/2)O_2的晶体结构前提下,可以使其电化学性能大大提高。

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