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锂离子电池是继镍镉电池、镍氢电池之后,性能优良的、可充电的“绿色”电池,具有电压高、比能量大、自放电率低、无记忆效应等优点,一经出现,即广泛地应用于移动通讯,笔记本电脑等小型电器上,并在电动汽车、航空、航天领域显示良好的应用前景. 正极材料对锂离子电池的性能影响很大。钴酸锂、锰酸锂和镍酸锂化合物是近些年来锂离子电池颇具吸引力的三种正极材料。目前商品化的锂离子电池多数采用LiCoO2作为正极材料,但钴资源有限,价格昂贵,且对环境污染较大。LiMn2O4虽价格低廉,易于制备,合于环境,但它的容量较低,循环性较差,且高温下容量衰减严重。LiNiO2是最有希望的正极材料,其资源丰富,价格低廉,比容量高,对环境友好,但合成困难,由于结构不稳定会导致容量衰减、热稳定性差。本论文的研究工作主要集中在作为锂离子电池正极材料的层状锂镍基氧化物上,包括以下几个方面: 1 LiNiO2合成及电化学性能研究 固相合成时通常会出现原料混合不均匀。根据TG-DTA实验结果,在固相合成过程中增加一个预热处理步骤有利于获得具有优良性能的LiNiO2。我们详细研究了合成条件:包括原料Li/Ni摩尔比、焙烧温度、焙烧时间、焙烧气氛对LiNiO2晶体结构和电化学性能的影响,从而优化了LiNi02的合成路线和条件。系统研究了充放电条件对LiNiO2比容量和循环性能的影响。实验结果表明,最佳条件下合成的LiNiO2,当电压在3.00～4.30V范围内、充放电电流为5mA/g时,首次放电容量为193.2mAh/g;当电流为18mA/g时,首次放电容量为180.7mAh/g。当电压在3.00～4.50V范围内、电流为18mA/g时,首次放电容量为204.1mAh/g。当环境温度为55℃、电压3.00～4.30V、电流36mA/g时,首次放电容量可达214.4mAh/g。 2 单元素掺杂LiNiO2的合成及表征 为了改善其晶体结构和循环过程中的稳定性,在LiNiO2中分别掺入Co、Al、Mg、Ti和Sr元素,研究掺杂元素及掺杂量对LiNiO2晶体结构和电化学性能的影响。除离子半径较大的Sr2+外,适量Co、A1、Mg和Ti的掺杂,均对LiNiO2的结构和循环性能有所改善。其中对Co掺杂的LiNi0.85Co0.15O2在不同充放电条件下的比容量进行了系统的研究,并对其在贮存过程中容量衰减的原因进行了分析。在3.00～4.30V电压范围内,当充放电电流为5mA/g时,首次放电容量