镍钴锰三元层状正极材料

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1、层状锂离子正极材料LMO2ArumugamManthiramDepartmentofMechanicalEiiEngineering1UniversityStationC2200TheUniversityofTexasatAustinAustinTX78712USAAustin,TX78712,USAPhone:(512)471-1791Fax:(512)(512)471471-7681E-mail:rmanth@mail.utexas.eduOfficeLocation:ETC9.104(Clickher

2、eformap)©钴酸锂LiCoO2LiCoO是研究最深入彻底的锂离子电池正极材料。LiCoO的理论容量为22274mAh/g，实际比容量介于130和150mAh/g之间。LiCoO具有电化学性2能稳定、易于合成等优点，是目前商品化锂离子电池的主要正极材料。LiCoO正极材料存在的不足：2(1).仅其理论容量(274mAh/g)的50%可以利用，当1-x<0.5(LiCoO)时，其1-x2化学稳定性降低；(2).Co资源匮乏、毒性大、价格较高。©镍酸锂LiNiO2LiNiO的晶体结构与LiCoO基本相同，只

3、是NiO八面体是扭曲的。Ni毒性小、226廉价，而且深度放电时镍酸锂化学稳定性较钴酸锂高。其可逆容量可达200mAh/g，并具有比LiCoO更好的倍率性能。2LiNiO正极材料存在的不足:2()ii(1).LiNiO合成困难，合成条件的微小改变都会导致生成非化学计量比的2LixNiO，即Ni2+占据Li+的位置；2(2).高温条件下Ni3+易还原为Ni2+；(3).易出现不可逆相变；(4).高温下易析氧放热。©LiNiMnO0.50.52LiNiMnO具有与LiNiO相同的六方结构。固体核磁共振(NMR)测

4、试表明，0.50.522LiNiMnO中的锂离子不仅存在于锂层，也分布在Ni2+/Mn4+层中。脱锂到0.50.52LiNiMnO时，过渡金属层中的锂离子全部脱出，剩余的Li+分布在锂层040.4050.5050.52靠近Ni的位置。这种材料具有很高的可逆比容量(188mAh/g)、较强的耐过充性(充电到4.5V仍具有很好的循环性)和成本低的优点，是一类应用前景十分广阔的材料。LiNiMnO正极材料存在的不足：0.50.52这种材料的电化学性能受温度影响较大，低温性能和高倍率能不理想。提出问题：如何提高其电

5、化学性能？可对其进行掺杂，掺Co可以提高其电化学性能。那么掺入多少合适呢？RoleofChemicalandStructuralStabilitiesontheElectrochemicalPropertiesofLayeredLiNiPropertiesofLayeredLiNiMnCoOCathodes(JournalofTheJournalofThe1/31/31/32ElectrochemicalSociety,1529A1714-A17182005)三个问题：(1).为什么要选择研究LiNiMnC

6、oO材料？1/31/31/32(2).化学稳定性对材料的电化学性能有什么样的影响？(3).结构稳定性对材料的电化学性能又有什么样的影响？实验过程©材料的制备：共沉淀(NiMnCo)(OH)，然后与LiOH混合均匀900℃煅1/31/31/32烧24h，升温和降温速度均为1℃/min。©化学萃取锂离子：氩气氛围下将LiNiMnCoO粉末与NOBF的乙腈溶液1/31/31/3224混合搅拌2天，LiNiCoMnO中锂离子含量采用原子吸1−x1/31/31/32收光谱(AAS)测定，氧含量用碘还原滴定测定。The

7、XRDdataoftheLiNiMnCoOsample1/31/31/32(LiNi)[(NiMnCo)Li](O)1−zz3a1/3−z/0.971/31/30.97z+0.033b26c离子半径：Ni2+0.690ÅLi+0.76ÅCo3+0.545ÅMn4+0.530Å充放电截止电压Thereversiblecapacityvaluefoundwiththeoptimumcutoffchargevoltagecouldhelpindirectlytoidentifythelithiumcontentl

8、imit1 − xwithinwhichtheLiNiMnCoOcathodeischemicallyorstructurallystable.1−x1/31/31/323.0‐4.3v3.0‐4.6v问题：为什么充电截止电压超过4.6v时其容量衰减变大？AlthoughtheratecapabilityofLiNiMnCoOisworsethanthatof1/31/31/32LiCoO,itisbettert