锂离子电池正极用锂镍钴锰系材料研究
锂镍钴锰系电极材料是当前锂离子电池新一代正极材料的研究热点之一。本文采用结构分析和电化学研究等方法和实验手段，从合成方法、材料的结构特征及电化学性能等多方面对锂镍钴锰系电极材料进行了研究，优化了高温固相法及共沉积前躯体法制备锂镍钴锰系电极材料的合成条件，制备了性能良好的锂镍钴锰系电极材料。测定了材料振实密度、粒度分布、比表面积、表征材料结构和形貌，同时测试了电极材料的电化学性能，其间充分运用循环伏安(CV)、恒电位阶跃、交流阻抗(EIS)等电化学技术对合成的锂镍钴锰系材料进行了全面评价。
在高温固相法合成LiNi<,x>Co<,y>Mn<,1-x-y>O<,2>材料的研究过程中，本文详细考察了不同合成条件下高温固相反应制得的成分、结构与性能。结果发现：随着烧结次数增加，材料晶体形貌更规整、结构有序化程度增高，晶体结构也更完善，杂相相应减少。在二次烧结中，合成温度和时间对正极材料的结构与性能有很大的影响：随着烧结温度的升高和烧结时间的延长，材料振实密度逐渐增大，同时放电平台增高，电化学反应中的锂离子扩散系数变大，电极反应可逆性得到提高，另外对电池循环过程中的阻抗谱研究还发现，阻抗随循环变化的幅度也有减小趋势，表明电极界面稳定性增强。综合考虑各因素，高温固相法合成锂镍钴锰系电极材料的优选条件应该是：1000℃下20小时两次烧结。
在此基础上，本文对共沉积前驱体法制备LiNi<,x>Co<,y>Mn<,1-x-y>O<,2>进行了研究。研究发现：溶液的pH值、络合剂用量、溶液与沉淀剂的混合次序、沉淀剂的种类、沉淀气氛以及搅拌速度等是影响前驱体振实密度、比表面积、粒度分布以及结构的关键因素。优化实验结果显示：采用沉淀剂、溶液、络合剂同时加入合成路线、pH为11(氢氧化物沉淀)、氨水浓度为0.37mol·dm<'-3>、N<,2>气氛、2000rpm搅拌速度是前驱体制备的优选条件。在前驱体和锂盐的高温烧结过程中，重点考察了烧结温度和烧结时间对产物的结构、形貌和电化学性能的影响。综合分析不同合成条件下材料的结构、形貌以及电极循环伏安、交流阻抗、电池充放电容量、循环性能等测试发现：在950℃下经15小时烧结的LiNi<,0.34>Co<,0.33>Mn<,0.33>O<,2>容量达到170mAh/g，电压平台高，扩散系数大，30周循环后容量保持率为97[％]，循环性能良好，是一种很有希望取代LiCoO<,2>的新一代锂离子电池正极材料。
锂离子电池;正极材料;固相合成;共沉积;电化学性能
中国海洋大学
硕士
应用化学
曹晓燕
2006
中文
TM911.1
73
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）