锂离子电池富锂正极材料的制备及电化学性能研究

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1、ADissertationSubmittedtoZhengzhouUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofScienceResearchonPreparationandElectrochemicalPerformanceofLayeredLi—richCathodeMaterialforLithiumIonBatteryByCuilianWangSupervisorProf．JianminZhangProfiWeihuaChenCollegeofChemistryandMolecularEng

2、ineeringZhengzhouUniversityMay,2013学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：琐日期：咖乃年岁月多D日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部

3、门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：上日期：1DB年岁月弓秽日摘要—ii萱育iiiiiiiiiiii审i葺i-I宣iiiiiii置iiii宣ii宣宣iiii宣i宣宣iiiiiii宣暑iiiiiiiiiii随着全球经济的发展，环境恶化和资源紧缺问题在

4、全世界范围内越来越受到人们的关注，发展高效环保的新能源一直是各个国家的努力方向。锂离子电池以其功率密度大、毒性小、无公害等优点在电子便携设备、航空航天、军事等领域得到了普遍的应用，并且已经开始用于节能环保型的轻型电动车、新能源汽车领域，这在很大程度上能够有效的缓解环境和资源的问题。但是，为了进一步拓展锂离子电池在相关领域的广泛应用，其功率密度、能量密度等有待提高。由于锂离子电池构造上存在正极材料限容的特点，因此，正极材料在锂离子电池各组成部件中起着至关重要的作用，从而对正极材料的研究显得尤为必要。新一代层状富锂固溶体材料Li[Li,

5、,M1．x]02(M为一种或几种过渡金属离子)，由于其较高的放电比容量、较好的循环稳定性能以及新的充放电机制，被认为是前景良好的正极材料。基于此类材料本文的主要研究工作分为以下几个部分：(一)首先通过常规共沉淀方法合成氢氧化物前驱体Mn。．67Ni。∞(oH)：，然后与含锂化合物混合并通过固相反应合成层状富锂正极材料LitLio．2Ni0．26MnoM02。物理表征表明，所制备的材料具有典型的层状ot-NaFe02结构，由不规则的谷粒状颗粒组成；电化学测试结果表明，所制备的材料的首次放电比容量为212mAh／g，30次循环后材料的容

6、量保持率为81％，且倍率性能较差。(二)在常压水浴条件下对上述共沉淀方法所制备的前驱体Mno．67Nio．33(OH)2进行C02+阳离子交换处理，在前驱体中引入钴元素，从而调节其电化学性能。在常压低温水浴条件下，使得C02+与前驱体Mno．67Nio．33(OH)2发生离子交换。经过混锂煅烧后，制得含Co三元富锂材料Li[Lio．2Ni0．26Mno．54Co。]02。研究结果表明，随着水浴温度的升高，进入材料中的Co的量逐渐增加，对应材料的电化学性能也逐渐得到改善。这是由于交换进去的cd+可以参与可逆的氧化还原反应，提高材料的比

7、容量；同时也能降低Ni的含量，进而减弱Li／Ni混排阻碍Li+可逆脱嵌的现象，提高材料的循环稳定性。(三)在高压水热条件下，提高阳离子交换反应的温度，在前驱体Mno．67Ni033(OH)2中引入C02+，混锂煅烧后获得含Co三元富锂材料摘要i宣萱iiiiii毫宣i青I'"U'iIIIIUI'1mIFii■iii宣iii宣葺Li[Lio．2Nio．26Mno．54Co，】02。这是鉴于常压水浴条件下的限制因素和该条件下制备的系列材料所呈现的随温度的增加综合性能逐渐变好的变化规律而做的改性研究。结果表明，所制备的材料的首次放电比容量、

8、循环稳定性及倍率性能均优于不含Co的二元材料Li[Lio．2Nio．26Mno．54】02；从110。C到150oC，随着反应温度的升高，各个温度对应的材料中Co的含量增加，综合性能也逐渐得到提高；当温度从150oC继续增加至160。