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随着人们对便携式能源需求的增加,锂离子二次电池以其高比能量密度得到日益广泛的应用。商业化的锂离子二次电池以LiCoO2作为正极材料,但是LiCoO2的放电比容量只有140mAh/g,仅仅达到其理论容量的50%,况且钴有毒、资源少且价格高,科研工作者一直在寻求可能的替代物。层状复合正极材料LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2综合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2的优点,具有优良的电化学性能和安全性,已经成为了人们研究的热点。
本论文系统的研究了LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2的合成方法、合成条件、电化学性能,制备出了性能较好的层状正极材料LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2;并对其进行掺杂改性,改善了其循环性能。
本论文首次采用新方法Pechini法合成纯相正极材料LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2,其α-NaFeO2层状结构发育良好,颗粒分布范围为20-200nm,振实密度为0.81g/cm3。放电容量在150mAh/g以上,比目前商业化的LiCoO2的放电容量高。
共沉淀法合成的材料层状结构发育良好,颗粒粒度分布范围为500-3000nm,振实密度为1.76g/cm3。放电容量在160mAh/g以上。通过掺杂量为0.03的Al3+离子掺杂,其循环性能提高了近10个百分点。解释了掺杂后电化学性能提高的原因。
固相法合成的材料晶体结构中有一些NiO杂相。颗粒粒度比较大。其放电容量一般在90 mAh/g以上。5次循环的容量保持率在95%以上。
在本论文中,还简略探讨了Pechini法和共沉淀法的合成机理。