锰系高电压锂离子电池正极材料的合成及性能研究

• 作 者: 刘伟
• 机 构: 青岛科技大学
• 出 处: 青岛科技大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 锂离子电池 LiNi0.5Mn1.5O4 振实密度 快速成核 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 电化学性能

正极材料是锂离子二次电池的“心脏”,其性能直接影响着电池的工作电压,容量及成本等,本论文以Li Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料为研究对象,系统的研究了材料的形貌及制备工艺对其性能的影响规律;同时,本文还研究了影响正极材料电化学性能的因素。首先,通过调控制备条件,制备出了高性能球形Li Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料。系统的研究了金属盐浓度、反应温度和搅拌速度等因素对前躯体形貌的影响。将最佳条件下制备的前躯体进行掺锂煅烧,探索煅烧温度对LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的物化性能的影响。在700℃煅烧温度下制备的Li Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料具有最佳的电化学性能,首次放电比容量高达132.4 mAh/g,100次循环后容量保持率为89.6%,同时材料具有优异的快速充放电能力,在20 C倍率下可逆比容量仍能达到6_0.5 mAh/g。其次,为了进一步提高材料的电化学性能,本文基于快速形核机理,以氢氧化钠为沉淀剂,采用快速沉淀法结合水热反应制备出了晶粒尺寸小且均匀的前躯体。在此基础上通过掺锂煅烧过程,制备了单分散的、性能优异的Li Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料。系统研究了过渡金属盐种类、水热温度、煅烧温度和煅烧时间等关键条件对LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的物化性能的影响。优化的Li Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料的首次放电比容量为138.5mAh/g,经过100次循环以后可逆比容量还能达到117.3 mAh/g,容量保持率为89.5%。在快速充放电20 C倍率下可逆比容量高达11_1.5 mAh/g。同时,初步探讨了形貌、结构对正极材料的电化学性能的影响。最后,为了满足动力电池对性能的要求,以非常具有应用前景商用三元层状LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂为研究对象,系统的研究了电池制备工艺中正极片厚度、隔膜类型、电解液组成和负极表面变化等因素对材料电化学性能的影响规律。