锂离子电池富锂正极材料Li1.2Mo0.54Ni0.13Co0.13O2的制备及改性研究

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固溶体富锂材料Li2MnO3·LiMO2(M=Ni,Co,Mn,Cr…)被认为是下一代高比能量锂离子电池的正极材料,这是因为它们具有高比容量和优良的循环性能等优点。本论文从制备Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2开始,对其制备条件、结构形貌、电化学性能进行了研究,并探究了钠掺杂对其性能的影响。  首先,论文报道了两步法制备Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的最优方案。第一步是以硫酸锰,硫酸镍,硫酸钴为金属源,Na2CO3作为沉淀剂和pH调节剂,控制体系pH在8.0左右使金属离子共沉淀,然后在温度40℃,氮气保护下陈化24 h后得到了前驱体;第二步是将制备的前驱体和LiOH按照一定的比例混合,置于管式炉中先在480℃下预烧10h,再900℃煅烧10 h得到产物。用XRD、充放电仪分别对样品的结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明,如上得到的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2在电流密度为20 mA g-1时放电比容量时可达到254 mAhg1,经过35个循环后几乎无衰减;以200 mA g-1的电流密度进行充放电时,最高放电比容量为150mAhg-1,60次循环后比容量仍为134.5 mAh g-1。  然后,我们制备了钠离子掺杂的LiyNaxMn0.54Ni0.13Co0.13O2(x+y=1.2,r=y/x)。实验结果表明:Na+的掺杂没有改变晶体的结构类型,但明显降低了材料的阻抗。当r=9时,合成的样品具有最好的电化学性能,以20 mA g-1的电流密度进行充放电时,最高放电比容量达233mAh g-1,与未掺杂样品容量相当;当以200 mA g-1的电流密度进行充放电时,最高比容量为180mAh g-1,明显高于pure样品的比容量,60次循环后容量为起始容量的90.7%。
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