高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备及性能研究

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Li(NixCoyMnz)O2三元正极材料因其价格低廉、比容量高、化学结构相对稳定等优点,逐渐成为最具有发展前景的锂离子正极材料之一。其中Ni含量的提高有助于提高材料的比容量,因此开发高镍三元正极材料是当前提高正极材料能量密度的发展趋势。但是高镍材料也存在着阳离子混排严重、结构不稳定和容量衰减快等一系列问题。针对以上问题,研究了高镍三元材料前驱体Ni0.8Coo.1Mn0.1(OH)2的合成对材料形貌结构与电化学性能的影响,从而使高镍三元正极材料在高比容量的基础上,提高材料的循环性能以及倍率性能,对高镍三元正极材料的应用与发展具有实际意义。本文以NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O等为原料,采用共沉淀法合成高镍Ni0.8Coo.1Mn0.1(OH)2前驱体,讨论了在共沉淀反应过程中,反应时间以及陈化时间、pH值和水浴温度对三元材料前驱体的形貌影响,并探究了经过配锂高温煅烧后的材料组装成电池后的电化学性能。本文主要利用X衍射分析仪、扫描电子显微镜、ICP-AES、电化学工作站等,表征了材料的微观结构与电化学性能。实验发现,反应时间与陈化时间都不会对物质组成产生影响,但在不同阶段对材料一次颗粒与二次颗粒的影响方式不同。而整个反应pH值升高导致一次颗粒的形貌变成细散无规则的小颗粒,并且无法形成规整的类球形二次颗粒形貌。进一步探究水浴温度的变化与材料形貌的关系,发现水浴温度与一次颗粒和二次颗粒的形核与生长方式有着密切联系。研究结果表明,pH=10、水浴温度T=60℃时,材料拥有最佳的形貌以及最优异的电化学性能,在0.2 C与5 C的放电倍率下分别高达194 mA·h·g-1与134 mA·h·g-1的放电比容量。并且在0.2 C倍率下首次充放电的库伦效率高达87.58%。
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