鋰離子電池正極材料的制備與表征.pdf

1、鋰離子電池具有比能量高、體積小、質(zhì)量輕、可高速率放電、自放電率低、循環(huán)壽命長、無毒等優(yōu)異性能而倍受世人青睞。由于電極材料的電化學(xué)性能受材料的物理、化學(xué)性質(zhì)影響很大，如粉體粒徑大小、粒徑分布、組成的化學(xué)計(jì)量比、材料的純度等。而合成方法在提高材料物理、化學(xué)性質(zhì)方面扮演重要角色。目前，合成方法上大多采用高溫或在較長反應(yīng)時間等條件下合成，最常見的就是傳統(tǒng)的高溫固相合成法，雖然這種方法簡單、易操作，但缺點(diǎn)也是顯而易見的，如：高溫耗能、粉體顆粒形貌

2、不規(guī)則、團(tuán)聚嚴(yán)重、純度不高等問題，從而影響到電極材料的電化學(xué)性能。近年來，人們在合成方法上作了許多研究，提出溶膠一凝膠法、共沉淀法、微乳法、水熱合成以及微波加熱等濕化學(xué)合成方法。這些方法在某些方面上提高了電極材料的物理、化學(xué)性質(zhì)，但仍然存在許多不足之處，比如：工藝路線復(fù)雜；大量有機(jī)物質(zhì)的使用，導(dǎo)致在煅燒過程中難以全部除去；粉體粒徑大小不均以及粉體形貌不規(guī)則等不足。 (1)．本文從正極材料制備工藝的優(yōu)化入手，首次提出了一種新的鋰離

3、子電池正極材料的制備方法——低溫熔鹽法(Low-temperature molten salt method)，成功地制各出納米晶正極材料LiNiVO<,4>粉體。在350℃條件下，煅燒2h，即可制備出結(jié)晶發(fā)育完美，無團(tuán)聚，平均粒徑在80nm左右的“方糖”形貌的LiNiVO<,4>納米晶粉體。與直接煅燒先驅(qū)體制備工藝的比較，顯示出這種新制備工藝的先進(jìn)性，為研究、合成其他正極材料提供了新的思路。 (2)．論文提出另一種簡單的粉體

4、制備工藝——軟燒法(the soft combustionmethod)，并成功地合成出了LiNi<,0.5>Mn<,0.5>0<,4>正極材料。通過對反應(yīng)溫度和時間等工藝條件的探討，可獲得微觀結(jié)晶形貌、顆粒尺寸大小可控的正極材料。TEM等微觀分析表明，提高反應(yīng)溫度，LiNi<,0.5>Mn<,0.5>0<,4>微晶體逐漸長大，結(jié)晶發(fā)育更加完美直至生成具有立方體形狀的納米晶體。產(chǎn)物的電化學(xué)測試分析表明，軟燒法合成的LiNi<,0.5>M

5、n<,l.5>O<,4>樣品均表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。合成條件為650℃／2h的正極材料,組裝的電池在首次充放電過程中,放電容量達(dá)到124.3mAh/g,并且只出現(xiàn)了4.7v充放電平臺。在750℃/8h下合成的樣品,從第二次循環(huán)開始,經(jīng)49次循環(huán)后容量保持率達(dá)95.2[％],具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。 (3).論文還進(jìn)行了金屬離子摻雜改性研究,成功地制備出LiNi<,0.5-x>Mn<,1.5-x>M<,2x>O<,4>(M:Co

6、、Cr;x=0.05、0.15)正極材料。通過軟燒法合成的LiNi<,0.5-x>Mn<,1.5-x>Cr<,2x>O<,4>、LiNi<,0.5-x>Mn<,1.5-x>Co<,2x>O<,4>(x=0.05、)(=0.15)正極材料是"方糖"形狀的納米晶體,顆粒尺寸分布均勻、結(jié)晶良好、無團(tuán)聚,平均粒徑為100nm。對典型產(chǎn)物L(fēng)iNi<,0.45>Mn<,1.45>Cr<,0.1>O<,4>和LiNi<,0.45>Mn<,1.45>C

7、o<,0.1>O<,4>進(jìn)行了循環(huán)伏安分析,發(fā)現(xiàn)Co摻雜的尖晶石LiNi<,0.45>Mn<,1.45>Co<,0.1>O<,4>正極材料比Cr摻雜的尖晶石LiNi<,0.45>Mn<,1.45>Co<,r0.1>O<,4>正極材料具有更優(yōu)良的電化學(xué)循環(huán)可逆性。 (4).采用軟燒法合成工藝成功地制備出兩種新型正極材料LiNi<,1/3>Co<,1/3>Mn<,1/3>O<,2>和LiNi<,0.6>Co<,0.2>Mn<,0.2