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本论文在详细总结了锂离子电池及其正负极材料最新研究进展的基础上,选取三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为研究对象,成功制备出了球状的Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3前驱物和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,并对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行包覆改性。
采用碳酸盐共沉淀法制备出了前驱物Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3,考察了前驱物制备过程中的氨水浓度、反应时间、搅拌速度、镍钴锰混合金属总浓度以及反应釜高压条件、表面活性剂和氟化物、离子液体水不同质量配比溶剂条件对材料结构形貌和电化学性能的影响。结果表明在氨水浓度1.5mol/L、镍钴锰混合金属总浓度1mol/L、搅拌速度200转/分,反应时间10h,制备的Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3振实密度较高;通过对照分析发现经过反应釜处理沉淀液得到的材料形貌较好,颗粒呈现出完整的球形结构,粒径大约在700nm;本文首创性的采用了离子液体作为辅助溶剂并很好的提高了材料性能,我们尝试了用不同离子液体与水质量比组成混合溶剂,实验结果表明离子液体与水质量比1:9 得到的前驱物形貌呈现出良好的球形结构,粒径较其他配比有明显减小。
将前驱物Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3与Li2CO3混合煅烧制备出了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,Li(/ Ni+Co+Mn)的摩尔比在1.08时由于补偿了锂在高温下损失,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2阳离子混排率较低。通过热重分析发现506.2℃时Li2CO3与Ni1/3Mn1/3Co1/3CO3中有机物已分解完全,预烧处理后的材料性能得到提高。分析对照烧结过程中煅烧温度、煅烧时间、烧结气氛条件对材料物理性质及电化学性质的影响,发现在流动空气气氛下,900℃烧结20h,材料性能较为优越。优化条件下合成样品循环伏安测试曲线氧化峰与还原峰面积基本相等,表明材料极化低可逆性好。
采用聚丙烯酰胺(PAM)为碳源对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 进行改性,通过比较PAM 与Ni1/3Co1/3Mn1/3CO3不同配比下样品的物理性质和电化学性能,发现PAM10为最佳比例样品。XRD和SEM分析表明炭包覆并未改变LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构;炭包覆样品扣式电池表现出较好的循环性能,20次循环后容量衰减量很小;交流阻抗测试发现炭包覆处理后材料的阻抗明显降低。