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富锂锰基三元正极材料的制备与改性

【摘要】:锂离子电池具有高能量密度和长寿命等优点,主要应用于便携式电子设备和电动车辆。然而,目前研究和商业化的正极材料,如LiCoO2、LiNixCoyMnzO2、LiFePO4和LiMn2O4等,难以满足高能量密度的市场应用需求。近年来,富锂锰基三元正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(0x1,M=Ni,Co,Mn),因其具有高比容量(250-300mAh/g)、高的充放电平台(4.5V)等特点而成为研究热点。本文采用氢氧化钠共沉淀法制备Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)2前驱体,研究了反应气氛、固含量对材料形貌、晶格结构以及电化学性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试对合成样品进行表征。结果表明,当在氩气气氛下、固含量为5%时,合成的前驱体的形貌较为规准、颗粒较为致密,合成的正极材料具有良好的电化学性能。使用循环伏安法、恒电流充放电和电化学阻抗谱等方法研究LiNi0.5CO0.3Mn0.2O2和LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2-石墨烯电化学性能。结果表明,LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2-石墨烯复合材料的首次放电容量高达203.86 mAh/g,交流阻抗降低,具有更好的电化学性能。通过共沉淀制备一系列的富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiNi0.5Co0.3Mn0.202(x=0.4,0.5,0.6,0.7),并使用扫描电镜(SEM)、粉末X射线衍射(XRD)、循环伏安(CV),交流阻抗(EIS),电化学测试等,对其晶体结构、形貌和电化学性能进行了表征。XRD结果表明,共沉淀法合成的富锂材料,具有R-3m空间群结构。电化学性能测试结果表明,当x=0.6时,首次充放电达高到289.69mAh/g,1C倍率下,循环50次,放电比容量仍然达190.72mAh/g,容量保持率为95.1%,而在2C倍率下继续循环50次,比容量下降明显。综合来看,当x=0.5时,富锂正极材料的电化学性能最优,在2C倍率下循环50次,放电比容量仍然达到153mAh/g。通过溶胶凝胶包覆A1203,富锂正极材料0.6Li2MnO3·0.4 LiNi0.5Co0.3Mn0.202的高倍率性能有所改善。

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