富锂锰基正极材料Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2的绿色制备及其表面包覆改性研究

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富锂锰基层状正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Mn,Ni and Co)因为其放电比容量高,且在高电压下具有较好的稳定性,成为电动/混合动力汽车用大功率锂电池正极的理想材料之选。本文以NaOH为沉淀剂、乳酸钠为络合剂,采用共沉淀法制备[Mn0.54Ni0.13Co0.13](OH)1.6前驱体,将合成的前驱体与锂源研磨混合均匀,在高温下煅烧来制备Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2正极材料。系统地研究了前驱体合成过程中的共沉淀温度和后续烧结过程中的锂盐与前驱体的配锂量对合成正极材料的结构,形貌及电化学性能的影响,并通过α-MoO3和P(VDF-TrFE)物质进行Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2表面包覆改性研究,提高其电化学综合性能。当共沉淀温度是50oC,锂盐与前驱体的配锂量值为1.25:1时,此时制备的Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2样品拥有良好的层状结构和较低的金属阳离子混排度。在0.1C倍率下的初次充放电比容量为355.2/289.4 mAh g-1,库仑效率达到81.5%。以0.5C倍率下循环100次后,容量保持率高达91.2%,100次循环后的放电中值电压降为△V=0.18V。使用湿化学方法来制备α-MoO3@Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2改性材料,发现MoO3包覆前后的正极材料均表现出良好的层状结构和较小的阳离子混排程度。另外,经过MoO3包覆后,该材料的首次充放电效率、倍率性能和循环性能得到显著提高,其中3wt.%MoO3@LMNCO正极材料的电化学性能最好。在1 C高倍率下,其放电比容量达到179.9mAh g-1;在0.5C倍率下循环100次后,其放电比容量仍有194.7 mAh g-1。但是当增加MoO3包覆量为5wt.%时,其电化学综合性能相对3wt.%MoO3@LMNCO反而又有所下降。采用N-甲基吡咯烷酮溶解P(VDF-TrFE)包覆Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2来制备a-P(VDF-TrFE)@LMNCO样品,及后续140oC加热处理后制得c-P(VDF-Tr FE)@LMNCO样品。经过电化学性能测试后,发现140oC加热处理后的包覆后的样品,其电化学综合性能最佳:当充放电倍率为0.1C时,首次库伦效率由69.2%提高到73.8%;在0.5C倍率下循环100次后,其放电比容量仍有190.5 mAh g-1,容量保持率达到90.8%。
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