改性镍基锂离子电池正极材料的制备及其电化学性能研究
本文讨论了前驱体法制备镍基锂离子电池正极材料的方法。其中，以镍钴碱式碳酸盐为前驱体，制备了具有α-NaFeO2结构的LiNi0.8Co0.2O2材料；以Mn-Ni-Co层状双羟基复合金属氧化物(Mn-Ni-Co-LDHs)为前驱体，合成了层状LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2材料。此外，还以碱式碳酸钴前驱体经焙烧得到介孔结构Co3O4纳米晶。采用XRD、ICP、FT-IR、TG/DTA-EGMS、TEM、SEM、FESEM和电化学测试等手段，从前驱体的晶型结构、化学组成和形貌等对电极材料的结构、电化学性能等的影响入手，确定了材料的最佳合成条件，并探讨了影响材料电化学性能的主要因素。
镍钴碱式碳酸盐前驱体是以NH4HCO3为沉淀剂，通过旋转液膜反应器法制备的，前驱体与LiNO3混合经焙烧等过程制备LiNi0.8Co0.2O2正极材料。本合成方法主要有以下三方面优点：1、以NH4HCO3为沉淀剂，NH4+在焙烧过程中变为NH3完全释放，避免了Na+、K+等阳离子的引入；2、工艺相对易于控制，并且NH4HCO3价格便宜，降低了合成成本；3、用旋转液膜反应器法可以得到粒径分布均一的前驱体。实验结果表明原料的混合方式、干燥方式及混合粉体的焙烧温度对LiNi0.8Co0.2O2的结构和电化学性能均有较大影响。在最佳工艺条件下制备的LiNi0.8Co0.2O2，在2.75～4.5V(vs.Li+/Li)的充放电电压范围内，电流密度为0.1mA·cm-1条件下，首次放电比容量为204.3mAh·g-1，第45次充放电循环的放电比容量为125mAh·g-1。
采用成核/晶化隔离法，通过控制晶化过程的氧化条件制备Mn-Ni-Co-LDHs前驱体，利用Mn-Ni-Co-LDHs中金属元素在层板上均匀分布的结构特征，制备出晶型规整的LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2正极材料。实验结果表明前驱体的层状结构越好，制备的LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2的层状有序性越高、电化学性能越好。本方法制备的LiMn0.4Ni0.4Co0.2O2材料，在2.75～4.5V(vs.Li+/Li)充放电电压范围内，电流密度为0.1mA·cm-1条件下，首次放电比容量为144.8mAh·g-1，第50次充放电循环的放电比容量为106mAh·g-1。以成核/晶化隔离法制备碱式碳酸钴前驱体，晶化时间大于2h，经250～350℃焙烧可制备具有介孔结构平均晶粒度为6.5～13.5nm的Co3O4。前驱体的微观形貌、焙烧温度和升温速率影响Co3O4的介孔分布、最可几孔径和比表面积的大小。本论文对介孔结构Co3O4纳米晶的电化学性能进行了初步考察。
锂离子电池;正极材料;纳米晶;介孔结构
北京化工大学
硕士
物理化学
杨文胜
2006
中文
TM912.9;O646.54;TB383
85
2006-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）