锂离子电池正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的制备与表面包覆改性研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caoshaohua2009
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三元正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2具有较低的制备成本,并且在充放电过程中具有良好的热稳定性和较高的放电容量,因而被认为是一种很有实际生产前景的锂离子电池正极材料。但是LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料在充放电过程中易被电解液分解产物HF腐蚀。一方面造成材料结构被破坏,另一方面材料中的过渡金属元素溶解在电解质中,与氟离子结合生成高电阻的金属氟化物沉积在电极表面上,于是阻碍了Li+的转移,降低了材料的电化学性能。本文的研究对象是LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料,首先通过不同烧结参数制备材料,并确定其最佳的烧结时间和烧结温度。在此基础上,分别采用水热法和溶剂热法对材料进行LaPO4和La2O3包覆,以改善材料的电化学性能。(1)以三元前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2和Li2CO3为原材料,采用不同温度(800℃、850℃、900℃、950℃)和不同烧结时间(10、11、12小时)制得LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料,研究不同烧结参数对材料结构与性能的影响。研究表明:不同烧结参数没有明显影响材料自身的层状结构,并且材料的晶格参数变化较小。当烧结温度为900℃时,材料具有较高的平均库伦效率和最高的平均放电容量,其平均放电容量达到154.1 mAh·g-1,并表现出良好的循环性能。而烧结时间为12小时时,材料表现出最高的平均放电容量和最高的平均库伦效率,分别为156.9mAh·g-1和89.50%,同时材料的循环性能较好。本实验制备LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料的最佳参数:900℃烧结12小时。(2)使用水热法制备了不同含量(1wt.%、2wt.%、3wt.%)LaPO4包覆的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2复合材料。结果表明:LaPO4包覆在材料表面,没有明显影响材料的结构和晶格参数。LaPO4包覆后LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料表现出更好的循环性能和倍率性能。包覆量为3wt.%的材料表现出最好的循环性能,在100次循环后它的容量保持率达到84.78%,而未包覆的材料仅为74.21%。得益于LaPO4较强的P=O键和抗腐蚀性能,LaPO4包覆的材料具有更低的离子转移阻抗,其循环100次后被电解液腐蚀的程度明显更低,由此增强了材料的循环性能和倍率性能。(3)在无水乙醇溶剂中,对LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料进行La2O3包覆改性。结果表明:La2O3包覆在材料表面,没有明显影响材料的结构和晶格参数。在4.5V高截止电压下,La2O3涂层提高了LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料的循环性能和倍率性能。100次循环后La2O3包覆的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料容量保有率超过了80%,而未包覆材料仅为66.14%。La2O3包覆的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料具有更低的离子转移阻抗,循环100次后被电解液腐蚀的程度明显更低,由此增强了材料的循环性能和倍率性能。性能增强是由于La2O3本身具有键能较强的La-O键,并且具有良好的耐高温和抗酸腐蚀能力,减缓了电解液对材料的侵蚀。
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