石墨烯添加和钼掺杂对LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料电化学性能的影响研究

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随着社会的生产和发展,人类对能源的需求不断增加,而目前占社会能源消耗量最大的化石能源的存有量确是有限的,这使得新能源材料的研究对人类有着重要的社会和经济意义。锂离子电池作为一种优良的储能设备,具有能量密度高与使用寿命长等优点,其中镍钴锰三元材料具有较高的理论容量、较好的循环稳定性和热稳定性,受到广泛关注[1]。本文利用公司提供的三元前驱体(Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2)和碳酸锂(Li2CO3)为原料以通过高温烧结制备镍钴锰622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、NCM622)正极材料,并对其进行石墨烯添加和钼(Mo)掺杂改性,具体研究内容如下:1、钼掺杂改性NCM622正极材料的影响研究将不同量的四水合钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H20与正极材料前驱体混合,在高温下烧结得到不同含量的钼掺杂样品。其中Mo含量在质量分数为0.5%的电池在0.1C倍率下的首次放电比容量为210.9mAh/g,库伦效率为89.7%,1C倍率下第一圈的放电比容量为205.6mAh/g,循环50圈后放电比容量为201.8mAh/g,容量保持率为98.2%;未改性的样品首次放电比容量为177.8mAh/g,库伦效率为72.4%,在1C的电流充放电时,第一圈的放电比容量为159.4mAh/g,进行五十个循环后电池的放电比容量为111.7mAh/g,循环保持率为70.1%。Mo掺杂改性后的NCM622材料在库伦效率和循环性能方面都有很大的提高。2、石墨烯改性NCM622正极材料的影响研究利用水热法还原氧化石墨烯,再将制备的石墨烯和乙炔黑作为复合导电剂,以不同比例与正极材料充分混合,对所得复合材料进行形貌和电化学分析。观察到许多NCM622颗粒分散在多层的还原氧化石墨烯上;石墨烯含量为1%的样品在0.1C倍率下的首次放电比容量为201.2mAh/g,库伦效率为85.5%,1C倍率下第一圈的放电比容量为182.5mAh/g,循环50圈后放电比容量为180.5mAh/g,容量保持率为98.9%。结果表明石墨烯含量质量分数为1%时可有效提高NCM622材料的库伦效率和循环性能。3、添加石墨烯与掺杂钼对NCM622正极材料协同作用的影响研究将质量分数为1%的石墨烯与钼含量为0.5%的NCM622样品混合,利用二者对NCM622材料的协同作用,对所得材料进行电化学分析。0.1C充放电倍率下的放电比容量为195.1 mAh/g。在1C倍率下的放电比容量为168.9mAh/g,经50次循环后其容量保持率达96.2%。其容量和容量保持率高于NCM622纯样,说明二者对NCM622材料的协同作用材料有助于提高其电化学性能。
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