含铝多元复合体系锂离子正极材料的制备及性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文含铝多元复合体系锂离子正极材料的制备及性能研究论文作者：张广泉学生类别：全日制学科门类：化学工程与技术学科专业：应用化学指导教师：韩恩山职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofAppliedChemistrySTUDYONTHEPREPARATIONANDPROPERTIESOFLiNixCoyMnzAl(1-x-y-z)O2ASCATHODEMOTERIA

2、LOFLITHIUM-IONBATTERIESByZhangGuangquanSupervisor:Prof.HanEnshanMay2017摘要本文合成了含铝多元锂离子电池正极材料LiAlxMnyCozNi(1-x-y-z)O2，探究了复合比例、合成方法、合成条件对材料物理性能与电化学性能的影响，确定了较优的复合比例和合成工艺，然后针对合成材料存在的问题进行了掺杂改性研究。采用XRD和SEM分别对材料的部分物理性能进行了表征；并用恒流充放电测试、CV、EIS对材料的电化学性能进行了表征。采用高温固相法制备了xLiN

3、i0.5Co0.2Mn0.3O2·(1-x)LiNi0.80Co0.15Al0.05O2系列正极材料，并探究了x值（0.2，0.4，0.6，0.8）、煅烧温度（750，800，850，900ºC）、煅烧时间（12，15，18，21h）对材料的电化学性能的影响。x=0.8，800ºC煅烧21h得到的样品具有较优的性能；在最优条件下合成的材料首次放电比容量为149.5mAh/g，首次库伦效率为80.5%；经过0.1C，0.2C，0.5C，1C再回到0.1C各循环10次后，容量保持率为43.9%。采用碳酸盐共沉淀法制备了系

4、列正极材料xLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2·(1-x)LiNi0.80Co0.15Al0.05O2(x=0.2，0.4，0.6，0.8)和Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]0.99(1-y)[Ni0.56Co0.19Mn0.24]yAl0.01O2（y=0.2，0.4，0.6，0.8），对合成条件进行了优化，并在相同的合成方法及条件下合成了LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2与LiNi0.80Co0.15Al0.05O2，然后将复合材料与LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.80Co0.1

5、5Al0.05O2的电化学性进行了对比。当x=0.8，800ºC煅烧18h得到的正极材料具有较优的性能，0.1C下首次充放电比容量为185.8/149.5mAh/g，首次库伦效率为80.5%，1C下首次放电比容量为90.9mAh/g，经过10次循环后容量保持率高达92.5%；当y=0.2，850ºC煅烧18h得到的正极材料0.1C下首次充放电比容量为187.1/152.2mAh/g，首次库伦效率为87.4%，1C下首次放电比容量为84.5mAh/g，循环10次后容量没有衰减；与相同条件下制备的LiNi0.5Co0.2

6、Mn0.3O2、LiNi0.80Co0.15Al0.05O2相比，复合材料的性能更好。适当提高材料中的相对含铝量，可以减小阳离子混排度，增加材料的稳定性从而提高其电化学性能。对于Li(Ni0.56Co0.19Mn0.24Al0.01)1-xAlxO2和Li(Ni0.376Co0.302Mn0.312Al0.01)1-yAlyO2，x=0.04样品在0.1C下首次充放电比容量为199.4/174.9mAh/g，首次库伦效率为87.7%，经过30次循环后容量保持率可达90.3%；y=0样品在0.1C首次充放电比容量为15

7、2.7/134.2mAh/g，首次库伦效率为87.9%。适量的Mg2+掺杂能有效抑制阳离子混排，提高材料的放电比容量及循环性能。对于Li[Ni0.56Co0.19Mn0.24](1-x)MgxAl0.01O2和Li[Ni0.376Co0.302Mn0.312](1-y)MgyAl0.01O2，x=0.025样品在0.1C下首次充放电比容量为216.3/181.0mAh/g，首次库伦效率为83.7%，在1C下循环30次后容量保持率为98.0%；y=0.05样品在0.1C下首次充放电比容量I为181.9/156.4mAh

8、/g，首次库伦效率为86.0%。关键词：锂离子电池；复合正极材料；铝含量；Mg2+掺杂IIABSTRACTInthisstudy,LiNi(1-x-y-z)CoxMnyAlzO2cathodematerialsforlithiumionbatteriesweresynthesizedandtheeffectsofcompositeratio,s