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本论文较为详细地综述了锂离子电池及其正极材料的研究现状。并以LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2和LiNi0.8Co0.2O2作为研究目标,较为系统地对合成工艺、材料改性、结构表征和电化学性能进行了深入研究。
采用尿素共沉淀法合成了LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2,研究了不同的合成条件对其晶型结构、表面形貌和电化学性能的影响。结果表明随着合成温度从700℃升到900℃,LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2晶体颗粒逐渐长大和完美,但温度高升到900℃时呈现出过烧结现象,出现晶体结构缺陷。不同条件下合成LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的充放电曲线形状相似,但比容量各不一样,并且循环性能差异更大。800℃烧结20 h的样品电化学性能比较理想,其首次充放电容量分别为154.3、145.1 mAh·g-1,30次循环后容量为132.3mAh·g-1。对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2样品进行循环伏安研究,结果表明LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的循环伏安曲线上分别在3.80 V、3.62 V出现氧化还原峰。
采用金属镁离子掺杂对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2进行了改性,研究了不同量镁掺杂对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的晶形结构、表面形貌和电化学性能的影响。结果表明镁掺杂不会改变LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2层状结构,但掺杂后样品一次颗粒减小且粒度分布均匀。镁元素掺杂改性合成的LiNi0.4Co0.18Mn0.4Mn0.02O2样品电化学性能最优,首次充放电容量分别为158.5、148.3 mAh·g-1,循环30次后容量为140.0 mAh·g-1。
采用尿素共沉淀法和低温燃烧法合成了LiNi0.8Co0.2O2,研究了不同方法、不同合成条件对LiNi0.8Co0.2O2物理性能和电化学性能的影响,并对LiNi0.8Co0.2O2的合成条件进行了优化。结果表明采用尿素共沉淀法合成LiNi0.8Co0.2O2样品最佳工艺条件是:在800℃烧结10 h合成的样品具有较好的电化学性能。用低温燃烧法合成LiNi0.8Co0.2O2电极材料最佳工艺条件是:于500℃下点火,锂摩尔比过量5％,在850℃烧结12 h合成的样品具有较好的电化学性能。其首次充放电容量分别为203.6、190.7mAh·g-1,循环30次后容量为178.4 mAh·g-1。对样品进行掺杂铝元素改性,当铝掺杂量为2％时,样品性能最佳,首次充放电容量分别为209.5、196.3 mAh·g-1,循环30次后容量为184.1 mAh·g-1。