探究锂镍钴复合氧化物正极材料的制备与掺杂改性研究

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1、天津大学硕士学位论文锂镍钴复合氧化物正极材料的制备与掺杂改性研究姓名：高俊奎申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：唐致远;徐强20061101中文摘要锂离子电池以其高能量、安全可靠、寿命长、无污染等优点，成为目前最具有发展前途的高能二次电池。随着消费者对锂离子电池性能要求的不断提高，寻找合适的锂离子电池用新型电极材料是改善现有锂离子技术的重要途径之一。目前商业化的锂离子电池正极材料为LiC002，但是由于Co资源匮乏，有毒，对环境有污染，限制了锂离子电池的进一步发展。基于固溶体锂镍钴氧化物LiNil．；Co。02体系兼顾了Co和Ni系材料的优点，通过Co掺杂可有效地改善材料的稳定性能这一

2、特点，本文采用络合共沉淀法制备出层状结构的LiNio．8Coo．202正极材料，较为系统的研究了各个主要因素如溶液的pH值，焙烧温度，焙烧时间，不同锂量等对合成LiNio．8Coo．202产物性能的影响。通过TG．DSC、XRD、SEM、EIS等测试手段，分析了以上因素对LiNio．8Coo．202结构以及电化学性能的影响。实验优化的工艺条件为溶液的pH=11，焙烧温度900℃，焙烧时间6小时，锂盐用量为理论用量的1．05倍。实验结果表明在该条件下合成出的产物晶体结构较为完善，可逆容量可达190mAh／g，同时材料表现出优良的循环性能。为了进一步提高材料的性能，选择了不同的元素对层状LiNi

3、o．8Coo．202进行了掺杂改性。共沉淀法合成的Li时丑1．x．y)Co。My】02(M=A1、Mn)不同电压下的晶胞参数和晶胞体积变化表明掺舢的材料比掺Mn的晶胞体积收缩变化小，掺舢越多晶胞体积收缩越小，结构越稳定。DsC分析表明掺入Al和Mn后都提高了L甜io．8Coo．202的热稳定性能，随着掺杂元素含量的提高，分解温度逐渐提高：相同掺杂量的灿和Mn元素，掺舢对改善热稳定性能更有效。关键词：锂离子电池，正极材料，共沉淀法，层状结构，锂镍钴氧化物，掺杂ABSTRACTLithium-ionbatteriesaremostpromisinghighpowersecondarybatter

4、iesduetoitsadVantagesofhigherenergydensity，moresafety，longerlifetimesandnopollutionoverconventionalbatterysystems．Asthedemandforbetterperformanceoflithium—ionbatteriesincreases，findingnewmaterialscapableofimproVementonexistingtechnologyisoneofimportantmethods．Lithiumcobaltoxidehasbeenwidelyusedasac

5、athodematerialfIorcoInmercialsecondarylithium—ionbatteries．ButthedeVelopmentoflithium—ionbatteryisinhibitedbecauseofscarcityofcobaltresources，toxicityandunf．riendlyenvironment．Basedonameritofsolidsolutionwiththef．ormulaLiNil-xCox02whichcombinestheadVantagesofcobaltandnickelsystemmaterialsandthepart

6、ialsubstationofNiwithCocanstabilizethelithiumnickeloxidestructure，withinthisbodyofwork，layeredLiNio．8Coo．202issynthesizedbyco-precipitationmethod．ThemajorperformancesofLiNio．8Coo．202atdiff．erentpHValuesofsolution，calcinedtenlperature，calcinedtime．andlithiumsaltcontentwerestudied．Thestructureandelec

7、trochemicalperformanceofcathodematerialsweresystematicallycharacterizedbyacombinationoftechniqueswhichareTG—DSC，XRD，EIS，CVandSEM．TheresultsshowthatLiNio．8Coo．202exhibitsahigherdischargecapacityof190mAh／gand