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氧化镍钴锰锂是综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2各自优点的一种锂离子电池正极材料。其以比容量较高、循环寿命长、高低温性能良好、倍率特性优、安全系数高、成本低等优点有望成为当前主导产品LiCoO2的替代品。
本文采用适于产业化的前驱体高温烧结法来合成氧化镍钴锰锂,着重探讨了不同物质的量的Li:Me(Me=Ni+Co+Mn)、烧结温度、保温时间对其性能的影响。从物相(晶胞参数变化、特征衍射峰的强度比)、振实密度、粒度分布、比表面积、初始比容量、首次充/放电效率、循环寿命(20次循环后比容量保持率)等方面详尽的讨论了合成工艺对性能的影响,为量产合成工艺提供一定的技术支撑。
通过不同物质的量的Li:Me(Me=Ni+Co+Mn)、烧结温度、保温时间条件试验的研究发现,1)Li: Me的比例直接影响着层状嵌锂化合物氧化镍钴锰锂性能,其比例在1.05-1.15之间时,具有良好的电化学性能(特别是1.10),且富锂有助于提高首次充/放电效率;2)900℃合成产物有良好的层状结构和电化学性能;3)900℃保温时间在480min-960min之间合成产物电化学性能良好。用较佳合成条件制备的材料,初始放电比容量在160mAh/g左右,充/放电效率为90%左右,20次循环后容量保持率为96%以上。
最后,以合成的中试级氧化镍钴锰锂作为正极材料与石墨为负极配对,装配成实际应用的方型电池(型号:702767,标称容量为10Ah)对其性能进行综合评估,主要性能如下:1)、氧化镍钴锰锂充电截至电压为4.3V和4.8V,初始比容量为160mAh/g和220mAh/g。2)在低倍率(0.5C)和高倍率(1C充5C放)两条件下进行充/放电循环时,500次左右后,其容量平均保持率为87.9%和93.2%。3)、0.5C、1C、2C、3C、4C的放电容量为0.2C的放电容量的97.2%、96.8%、97.1%、94.6%、89.1%。4)、常温(25℃&30d)和高温(60℃&7d)储存时,荷电容量平均为9.34Ah和8.91Ah,显示出良好的荷电保持能力。5)、热箱、短路、过充的安全试验,电池不起火、不爆炸。
综上所述,本研究合成的氧化镍钴锰锂综合性能好,具有良好的应用前景和实际使用价值。