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1、第23卷第3期分子科学学报Vol.23No.32007年6月JOURNALOFMOLECULARSCIENCEJune2007[文章编号]100029035(2007)0320176205微波合成铝掺杂钴酸锂材料及性能研究13,221于永丽,翟秀静,符岩,段君(1.东北大学理学院,辽宁沈阳110004;2.东北大学材料冶金学院,辽宁沈阳110004)[摘要]以LiOH·H2O,Al2O3和Co3O4为原料,微波加热合成Li离子电池正极材料LiAlxCo1-xO2.通过XRD测试表征了不同Al加入量时合成产物的晶体结构,确定当x≤0.4时,产物为单一
2、相层状结构.计算了不同x时LiAlxCo1-xO2的晶胞参数,随着x的增大,a值减小,c值增大.对合成LiAlxCo1-xO2样品进行DSCOTGA测试,结果表明,当x不同时,合成样品的热稳定性不同.SEM测试表明,合成晶体粒度较均匀,粒径在5μm左右.电化学测试表明,LiAl0.2Co0.8O2的电化学性能最好,首次循环放电容量为127mAh/g,多次循环容量损失率小于LiCoO2.[关键词]微波合成;钴酸锂;锂离子电池;正极材料;电化学性能;铝掺杂[中图分类号]O641[学科代码]150·30[文献标识码]A0引言[1]LiCoO2是目前广泛使
3、用的Li离子电池正极材料,尽管LiCoO2作为正极材料具有优越的性能,但也存在不足.如Co原料价格较高,使用中循环稳定性不理想等.为提高LiCoO2的电化学性能,人们对LiCoO2进行改性研究,其中一个重要的途径就是向LiCoO2中掺杂其他元素.掺杂元素主要分为3[2]2+3+[3O4]2+3+[5O6]类:过渡金属元素,如Ni和Cr等;非过渡金属元素,如Mg和Al等;非金属元素,如5+3+-P,B和F等.不同元素掺杂时,和LiCoO2的作用机理不同,导致LiCoO2电化学性能改变.[7]Amdouni等利用高温加热合成Al元素掺杂LiCoO2,合
4、成产物LiAl0.15Co0.85O2具有较好的充放[8]电容量.Elumalai等以金属硝酸盐为原料配成溶液,微波加热合成元素掺杂正极材料LiMxCo1-xO2.本文用Al元素取代Co元素,采用固体氧化物反应原料,微波加热合成LiAlxCo1-xO2.和液体硝酸盐反应原料相比,试验中没有NO2有害气体产生,且试验条件容易控制.1试验方法微波合成LiAlxCo1-xO2:将LiOH·H2O,Al2O3和Co3O4按nLi∶nAl∶nCo=1.00∶x∶(1-x)的物质的量比准确称量后混合均匀(x分别为0.1,0.2,0.3,0.4和0.5),混合后
5、的反应原料放入频率为[9]2.45GHz的微波炉内,在最佳微波条件下合成LiAlxCo1-xO2样品.收稿日期:2007201207基金项目:国家自然科学基金资助项目(50174016).联系人简介:翟秀静(19512),女,教授,主要从事新材料的制备研究.E2mail:yongli200004@163.com第3期于永丽,等:微波合成铝掺杂钴酸锂材料及性能研究177合成样品晶体结构研究采用日本理学D/maxORBX射线衍射仪(CuKα射线);样品形貌用SHI2MADZUSSXO550SUPERSCAN扫描电子显微镜观测.差热O热重试验采用美国SD
6、T2960差热O热重联用分析仪,氮气下10℃/min升温完成.恒电流充放电试验采用上海方正电子公司DCO5电池电化学性能测试仪.正极材料组成为mLiAlCoO∶m石墨粉∶mPVDF=0.85∶0.10∶0.05,对电极是金属锂片,以1mol/LLiPF6/EC+DMEx1-x22(1∶1)为电解液,充放电电流I=1mA/cm.2结果和讨论2.1微波合成LiAlxCo1-xO2微波合成LiAlxCo1-xO2(x分别为0.1,0.2,0.3,0.4和0.5)样品的XRD谱图见图1.由图1可以看出,当x≤0.4时,产物为单一相固溶体LiAlxCo1-x
7、O2,当x=0.5时,产物谱图中有Al2O3杂质峰.因此,确定Al的掺杂水平为x≤0.4.分析x=0.1,0.2,0.3,0.4时产物的XRD谱图,随着x的减小,样品的006峰越来越清晰,006峰和012峰的辟裂越明显.这表明,随着x的减小,产物LiAlxCo1-xO2的层状结构特征明显.也就是说,Al元素的掺杂对于LiCoO2晶体中原子的有序排列有一定破坏作用.根据XRD谱图,计算当x=0.1,0.2,0.3,0.4时合成产物的晶胞参数a和c的数值,以a和c值对Al含量x做图,得到如图2所示的AlOLiAlxCo1-xO2的关系图.图2表明,随着
8、Al掺杂量增加,a数值略有减小,减小百分率为0.64%;Al掺杂量增加,c数值增大,增大百分率为1.6%;c/a数值随着A
