论文部分内容阅读
富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(l-x)Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O2近几年作为新型的正极材料，一直受到各位研究者们的关注，其超高的比容量、良好的热稳定性、较好的循环性能和安全性，也一直是作为传统的LiCoO2正极材料的最佳替代材料。但是由于富锂锰基材料的结构复杂，首次库伦效率低，倍率性能差，该材料也一直不能在各种大型储能设备上得到广泛应用。本文主要目的是提高Li1.13[Ni0.233Mn0.534Co0.233]0.87O2的比容量和循环性能，因而材料的形貌结构、尺径大小和分布情况很大程度上影响着材料的电化学性能，故探究最好的反应条件，对制备晶形完好、分布均匀、形貌规则和促进电极反应的材料至关重要。为此，我们主要做了以下几个方面的工作: 通过碳酸盐沉淀法在不同浓度下合成富锂锰基正极材料，并对材料的结构表征和电化学性能分析，系统的研究了材料在不同浓度下，对制备的前躯体和烧结后的成品在结构和性能上的影响。得出反应物浓度的大小为1.5 mol/L时，材料的形貌为规则的球形状结构，烧结后的样品形貌规则、粒径较小、且分布均匀，并具有最佳的电化学性能。其首次充电容量高达346.7 mAh g-1，放电容量为248.8mAh g-1，首次库伦效率为71.7％。在100周的充放电后，材料的稳定放电容量为194.8 mAh g-1，容量保持率为78％，这远远大于其他浓度下制备的样品。这可以归功于其二次颗粒粒径小，锂离子扩散自由程短，能与锂离子发生充分的电化学反应。 在最佳的反映浓度条件下，通过在反应溶液中添加不同的添加剂，并对材料的结构表征和电化学性能分析，系统的研究了材料在不同添加剂条件下，对制备的前躯体和烧结后的成品在结构和性能上的影响。其中添加剂分别为NH3·H2O，H2O2和CTAB。得出添加CTAB为阳离子活性剂时，由纳米片组成的等级彩花状前驱体，经过和Li2CO3的850℃高温烧结后，得到了结晶性能好的层状富锂材料Li1.13[Ni0.233Mn0.534Co0.233]0.87O2，在添加剂不同的样品中，以CTAB为添加剂的样品，其颗粒边缘拥有一种特殊的混合相结构，表现出了优秀的电化学性能。在2.5-4.8 V的电压范围内，以0.1C倍率的电流充放电，其首次充电容量为402mAhg-1，放电容量为290 mAh g-1，在100周循环后，容量保持率为84.1％，稳定比容量为247.5 mAh g-1，远远高于以NH3·H2O和H2O2为添加剂制备的样品。而高容量和出色的循环性能主要取决于，以CTAB为反映添加剂的样品，形成了一个稳定的混合相结构，有效缓解了充放电过程中材料层状结构向尖晶石结构的转变。