高锂锰基层状锂离子电池正极材料的制备与改性研究

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锂离子电池由于其长的高的能量密度、大的功率密度、稳定的充放电循环和零记忆效应等优点,有很大希望成为电动汽车和混合动力汽车的动力电池。正极材料提供进行嵌锂和脱锂的锂源,成为制约和限制锂离子电池进一步发展的关键组分。因此,人们发展和研究了很多正极材料比如层状结构LiCoO2、尖晶石结构Li2MnO4和橄榄石结构LiFePO4。近来,由于富锂层状氧化物具有大的放电比容量(>250mA h g-1),所以引起了研究者们越来越多的关注。但是富锂正极材料仍然存在一些关键问题如首次库伦效率低、倍率性能差、循环稳定性不足以及电压衰减等,严重制约了其在实际中的应用。本论文以Li1.2Mn0.54Ni013Co0.13O2富锂正极材料为研究对象,以改善其电化学性能为目标,主要进行了以下四个方面的研究:采用简单沉淀法制备了具有高倍率性能的LiFePO4包覆的Li1.2Mn0.54Ni013Co0.13O2富锂正极材料;采用简单沉淀法制备了循环性能优越的SmPO4包覆的Li1.2Mn054Ni0.13Co0.13O2富锂正极材料;采用简单沉淀法制备了具有高的首次库伦效率和卓越循环性能的CePO4包覆的Li12Mn0.54Ni013Co0.13O2富锂正极材料;采用简单沉淀法制备了非晶态的LiCoPO4包覆的Li12Mn054Ni0.13Co0.13O2富锂正极材料。  采用简单沉淀法制备了具有高倍率性能的LiFePO4包覆的Li1.2Mn0.54Ni013Co0.13O2富锂正极材料。研究了不同的烧结温度对富锂正极材料形貌和电化学性能的影响,实验结果表明烧结温度为400℃C的包覆材料电化学性能最优。该材料首次放电比容量高达295mA h g-1,库伦效率为91.95%;1C(1C=300mAg-1)倍率下循环100次后的放电比容量高达206.7mA h g-1,即使5C倍率下循环50次后的放电比容量仍然有183.83mA h g-1。  采用简单沉淀法制备了循环性能优越的SmPO4包覆的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2富锂正极材料。研究了不同的包覆量对富锂正极材料形貌和电化学性能的影响,实验结果表明2wt%的包覆材料具有最好的电化学性能:首次放电比容量为309.5mA hg-1;1C倍率下循环100次后,容量的保持率达到88.4%;5C倍率下循环100次后,放电比容量仍然有151.9mAh g-1。  采用简单沉淀法制备了具有高的首次库伦效率和卓越循环性能的CePO4包覆的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2富锂正极材料。研究了不同的包覆量对富锂正极材料形貌和电化学性能的影响,实验结果表明5wt%的包覆材料具有最好的电化学性能:首次充放电库伦效率为85.3%;1C倍率下循环100次后,容量的保持率达到90.4%。  采用简单沉淀法制备了非晶态的LiCoPO4包覆的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2富锂正极材料。包覆后的样品的首次库伦效率达到84.14%,放电比容量高达305.95mAh g-1。特别是包覆后样品的循环性能得到极大的提升,1C倍率下100次循环后容量保持率为88.4%,远远高于未包覆样品的72.3%。
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