锂离子电池Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2正极材料的共沉淀制备与改性研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:li452546674
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富锂锰基正极材料xLi2MnO3·((1-x)LiMO2)(02MnO3·LiCoO2层状固溶体,首放可达到280mAh g-1,而且其理论容量能够达到300mAh g-1以上,而未来对锂离子电池的要求是能量密度高、功率密度高,所以富锂锰基正极材料很有研究发展前景。本文中以碳酸钠(Na2CO3)作为沉淀剂、氨水作为络合剂,采用碳酸盐共沉淀法制备Ni1/6Co1/6Mn4/6CO3前驱体,按照一定化学计量比与锂盐(本文使用碳酸锂作为锂盐)混合均匀,高温热处理制备Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2正极材料,本文较为系统的研究了底液络合剂浓度以及热处理温度对正极材料的结构、形貌以及电化学性能的影响;通过Al2O3+Li2O对Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2正极材料进行包覆改性研究以提高正极材料的循环性能及倍率性能;通过与石墨烯(GN)与碳纳米管(CNT)等材料复合制成复合LMNCO复合正极材料,以提高材料的循环性能和倍率性能。当底液络合剂浓度为0.025mol/L,烧结温度为900℃时,所制备的Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2正极材料具有比较好的层状结构和比较低的锂镍阳离子混排,其放电容量为238.3mAh g-1,在1C倍率充放电条件下,首圈的放电比容量为167.2mAh g-1(该充放电过程不加恒压充电,加上恒压充电,其放电比容量可达190mAh g-1),经过100圈循环后,其放电比容量降到146.5mAh g-1,容量保持率可达87.62%。本文采用Al2O3+Li2O对Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2正极材料进行包覆改性,包覆后正极材料在1C电流倍率条件下充放电测试首圈放电比容量为173.2mAh g-1,经过100圈循环过后,放电比容量降到158.9mAh g-1,容量保持率可达到91.74%;10C倍率条件下放电比容量比空白对比样的放电比容量高出了接近1/3,容量高达99.4mAh g-1,经过包覆改性后,材料的电化学性能(倍率性能与循环性能)得到了改善。通过将Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2正极材料与石墨烯(GN)+碳纳米管(CNT)复合来制备富锂锰基复合正极材料(LMNCO),后涂覆于表面涂有GN的集流体上,使活性物质中的石墨烯、碳纳米管与集流体上的石墨烯交织形成三维导电网络,LMNCO降低活性物质与集流体之间的接触阻抗。LMNCO在5C倍率条件下放电比容量为97mAh g-1;10C倍率条件下放电容量132mAh g-1;在1C条件下循环100圈容量保持率仍高达86%;在2C条件下循环100圈容量保持率仍为85%。与GN+CNT,CNT,GN或GN涂层的任何单一导电网络相比,该三维导电网络非常有利于降低电极的阻抗和极化。
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