【摘要】：近階段，新型富鋰材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2（其中M代表金屬離子Ni，Co，Mn等中的一種或多種）在增加Li含量的同時(shí)，減少了過渡金屬離子的比例，過量的Li使得高電壓下的容量大幅度提升，引起了研究者們極大的關(guān)注，有望成為新一代商業(yè)化鋰離子電池正極材料。本論文選取富鋰體系中綜合性能較好的Li[Li0.2Ni0.15Mn0.55Co0.1]O2正極材料作為基材，對其進(jìn)行陰陽離子單一摻雜和復(fù)合摻雜來優(yōu)化材料性能，通過TG，XRD，SEM，CV，，EDS及充放電性能測試對合成材料進(jìn)行各項(xiàng)表征。 采用正交法試驗(yàn)，以溫度和時(shí)間作為正交因素，用溶膠-凝膠法合成正極材料Li[Li0.2Ni0.15Mn0.55Co0.1]O2，通過對材料樣品形貌，晶型結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的表征，得到900℃下煅燒12h的材料綜合性能最優(yōu)。分別采用Cr3+，Al3+，Mg2+對材料進(jìn)行Co3+取代，發(fā)現(xiàn)摻雜并沒有改變材料的層狀結(jié)構(gòu)和外觀形貌，但材料的顆粒大小卻發(fā)生改變：摻雜Cr3+，Al3+的材料，顆�？s小，摻雜Mg2+材料一次顆粒增大。充放電性能測試表明，摻雜陽離子Cr3+，Al3+的材料雖然放電比容量在一定程度上有所降低，但循環(huán)性能得到改善。當(dāng)Cr3+和Al3+摻雜量分別在0.05和0.03時(shí)，20℃下，2.0~4.8V電壓范圍，首次放電容量分別為230.6和224.2mAh·g-1，首次庫倫效率為80.1和83.2%；55℃時(shí)，首次放電容量為293.1和274.8mAh·g-1，首次庫倫效率為90.1和90.4%，0.1C下30次循環(huán)之后的容量保持率分別為97.9和94.7%。Mg2+摻雜的材料，材料一次顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，材料的放電比容量降低較多，循環(huán)性能也不及未摻雜的材料。 陰離子F-和Cl-摻雜Li[Li0.2Ni0.15Mn0.55Co0.1]O2之后，材料層狀結(jié)構(gòu)更明顯。當(dāng)F-和Cl-摻雜量為0.05時(shí)，20℃，2.0~4.8V電壓，首次放電容量由未摻雜的235.4mAh·g-1增大到249.8和238.9mAh·g-1，不同電流下50個(gè)循環(huán)后容量保持率為87.8和88.9%；55℃時(shí)，首次放電容量由未摻雜的282.7mAh·g-1增大到318.0和302.9mAh·g-1，50次循環(huán)后容量保持率為88.3和90.0%。 再對材料Li[Li0.2Ni0.15Mn0.55Co0.1]O2進(jìn)行Al3+，Cl-和Cr3+，Cl-共摻雜，發(fā)現(xiàn)Li[Li0.2Ni0.15Mn0.55Co0.07Al0.03]O1.95Cl0.05和Li[Li0.2Ni0.15Mn0.55Co0.05Cr0.05]O1.95Cl0.05表現(xiàn)出較好的性能。常溫20℃，2.0~4.8V電壓范圍內(nèi)，首次放電比容量分別為242.6和239.8mAh·g-1；高溫55℃，首次放電比容量分別是303.5和308.3mAh·g-1。1C下，50個(gè)循環(huán)后在常溫和高溫下仍有184.6和207.7mAh·g-1的放電容量。循環(huán)伏安表明，摻雜之后的材料氧化還原峰增強(qiáng)，電位差減小，表明摻雜減小了電極極化，增強(qiáng)了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，綜合比較，發(fā)現(xiàn)Cr3+，Cl-共摻具有更優(yōu)的電化學(xué)性能。
[Abstract]:In the near future, xLi2MnO3 _ (1-x) LiMO2 (where M represents one or more of metal ions Ni,Co,Mn etc.) increases the content of Li and decreases the ratio of transition metal ions. Excessive Li greatly increases the capacity at high voltage. Researchers have attracted great attention and are expected to become a new generation of commercial lithium ion battery cathode materials. In this paper, Li [Li0.2Ni0.15Mn0.55Co0.1] O _ 2 cathode material with good comprehensive properties in Li-rich system is selected as the substrate, which is characterized by TG,XRD,SEM,CV,EDS and charge-discharge performance tests by single doping and composite doping of anion and anion. The cathode material Li [Li0.2Ni0.15Mn0.55Co0.1] O _ 2 was synthesized by sol-gel method with temperature and time as orthogonal factors. The morphology, crystal structure and electrochemical properties of the material were characterized. The optimum comprehensive properties of the materials calcined at 900 鈩

本文編號：2219552