高性能富锂锰基锂离子电池正极材料的制备与改性研究.pdf

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1、·110·内燃机与配件高性能富锂锰基锂离子电池正极材料的制备与改性研究寿好芳；李志攀(鹤壁汽车I程职业学院，鹤壁458030)摘要：正极材料是锂离子电池最重要的组成部分之一。传统正极材料(LiCoO：、LiNiO：等)由于对环境有污染，成本高，资源有限将不能成为新一代锂离子电池正极材料的首选。本文选取Li。：Mn。6Ni。O：作为研究对象，对材料进行包覆改性来提高材料的电化学性能。关键词：锂离子电池；富锂；正极材料；表面包覆；改性；溶胶凝胶法1实验部分材料的制备：采用溶胶一凝胶法制备本体材料Li[Ni毗Li。：Mn06]O：。将制备

2、好的“『Ni。：Li。：Mno．6]O：材料加入到已有PVP的去离子水中，搅拌30分钟。将一定计量比的CH，COOLi·2H：O，(CH3COO)2Mn·4H20溶于20ml的去离子水中(按LiMn20。中金属离子的摩尔比，期中xLiMn：0。·(1-x)Li[Ni∞Li啦Mn。6]0：，x=0．0I／0．03／0．05)。将金属盐溶液逐滴加入到超生过的材料中，搅拌蒸干，转移至真空干燥箱中80％真空干燥，转移至马弗炉中500℃煅烧4小时，得到最终产物xLiMn：O。(1-x)Li。2Mnn6Ni0202。将得到的包括本体在内的4个产

3、物分别编号a—d。将装好的电池静止12小时。2结果与讨论2．1材料的结构和形貌讨论图1材料xLiMn204·(1-x)Li[Nio．2Li洲Ild02的XRD图谱(a)x=0，(b)x---0．01，(c)x=0．03，(d)x=0．05图1为本体材料与包覆材料的XRD图。(108)、(110)分离明显说明这几种材料均是层状材科。XRD数据表明包覆尖晶石成分材料在20=36．40，44．10，48．2。，58．10和64．oo出现肩峰，这些肩峰位置正好对应于PDF#350872尖晶石LiMn：O。特征峰位置对应，证实了表明修饰成分为

4、尖晶石结构。图2为各种材料的SEM图。从图中我们可以明显的看出来(a)(b)(c)颗粒分布比较均匀，而且可以称球形，图(d)可以看出来材料的团聚严重这很可能会影响材料的电化学性能。图2样品的SEM图：(a)x=0，(b)x=0．01，(e)x=0．03，(d)x=0．05图3(a)可以看出，材料的颗粒粒径接近纳米级别。材料的形貌是类球形，粒径大小为100nm左右。这样的颗粒材料这就有利于提高材料的电化学性能。图3(b)可以看出材料的表面有一层灰色的薄层。很明显，这层物质是区别于Li。Nn。6Ni。：0：材料的另一种物质，根据前面的X

5、RD分析我们认为这一薄层物质是LiMn：0。。从图中可以看出，这一薄层的厚度大约为1．79nm，且均匀的包覆在本体材料颗粒的表面。图3(C)为材料0．03LiMn204·0．97Lil2Mnn6Nin202的能谱图，镍锰成分的变化证实表面尖晶石成分的存在。2．2材料的循环性能图4为0．1C条件下充放电，可以看出来各种材料的比容量随着循环次数的增加均有下降的趋势。本体材料LiL2Mn。6Ni。：0：的首次放电容量为247mAhg～，50周放电比容量衰减到217．1mAhg～，而b,e、d的循环稳定性相对较好。材料c的首次放电比容量为2

6、50．4mAhg～，50周循环后放电比容量为239mAhg～，其容量保持率为95．4％。图5为1C条件下放电比容量图，四种材料其容量保持率分别为59．6％、71．6％、89．5％、74．4％。可以看出材料0．03LiMn204"0．97Li[Ni02Li02MnQ6]02的容量高、容量保持率高。InternalCombustionEngine＆Partsf口’￡《￡一釜‘石∞△∞oc)专∞口∞田1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．J图3O．03LiMn2040．97Lil挪nm烈im20∞样品的TEM图和能谱图CycleNum

7、ber图4电流密度25mAg-1下的各材料循环性能((a)x=0，(b)O．01。(c)O．03，(d)O．05)图5电流密度250mAg一下的各材料循环性能((a)x=0。(b)0．01，(C)0．03，(d)O．05)2．3材料的倍率性能图6是循环次数与材料在不同电流密度下的放电比容量的关系图。期中充电电流均为0．1C(25mAg一)，放电电流分别为0．1C、0．2C、0．5C、1C、2C、5C、IOC、0．1C，每种电流密度下充放电三周。由此可以看出材料c的高电流密度下的放电比容量明显提高，且大电流放电后仍具有较高的小电流放电

8、比容量。3小结由于LiMn：0。对环境友好，电极电位高，倍率性能r’’’。。。’。。_l赣{CycleNumber图6材料的倍率性能((a)x=0，(b)x=0．01。(c)x=0．03，(d)x=0．05)好，热稳定好，因此通过对二