鋰離子電池三元正極材料的合成與改性研究.pdf

1、近年來，Li-Ni-Co-Mn-O三元材料(尤其是LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2、Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2)因其較大的比容量受到廣泛的關注，被認為是新一代高容量產業(yè)化電池材料。但是LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2電導率較低，大倍率性能不佳，采用高充電截止電壓以達高容量時循環(huán)性能不穩(wěn)定，容量衰減較嚴重;Li2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2首次庫倫效率低且破壞了表面晶格結構、高倍率下的倍率性

2、能較差、高充電電壓下與電解質兼容性差，都限制了其應用。
　　本文綜述了鋰離子電池正極材料的發(fā)展歷程和幾種典型材料尤其是LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2、Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的結構、機理和應用概況。在實驗部分探究了不同方法制備的三元正極材料在水性電解液中的電化學性能，針對三元材料電導率低、倍率性能差的缺點，采用不同方法引入石墨烯進行改性研究。
　　將聚合物熱解法和溶膠凝膠法合成的LiMn1/

3、3Ni1/3Co1/3O2(PP-LMNC，SG-LMNC)材料在Li2SO4水溶液中進行電化學性能測試。聚合物熱解法以丙烯酸作為金屬離子的絡合劑，過硫酸銨作為丙烯酸鹽的聚合引發(fā)劑，優(yōu)點在于丙烯酸將可溶性金屬離子絡合的同時，過硫酸銨引發(fā)聚合能快速形成金屬離子呈規(guī)則排列的聚丙烯酸鹽。中間體聚丙烯酸起到晶型控制劑的作用，可以改變晶體形貌。故PP-LMNC顆粒較大并有團聚，形貌的改變在提高材料振實密度的同時降低了其比表面積，可能會導致電化學性

4、能的降低。結果表明在放電比容量方面，PP-LMNC材料明顯小于SG-LMNC材料，但前者的可逆性、容量保持率和循環(huán)穩(wěn)定性得到了改善。
　　采用溶劑熱法制備得到LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2(LMNC)與還原氧化石墨烯(RGO)的復合物，對比分析了不同溶劑對氧化石墨烯(GO)的還原能力，以及對所形成復合物的電化學性能的影響。與液體基質中石墨烯層上生長金屬氧化物的方法相比，該方法中利用的是制備成型且晶型良好的LMNC顆粒保證了

5、所用材料的晶型，且RGO與LMNC之間形成鍵合作用較強的金屬-氧共價鍵，不同于常被運用的機械混合，該作用力更強。結果證實復合RGO后，LMNC材料的放電容量、庫倫效率和倍率性能均得到了不同程度的提高，這歸因于還原得到的電導率良好的RGO與結晶性較高的LMNC顆粒形成了牢固的鍵合，促進了Li+在電極中的脫嵌反應。
　　將石墨烯片與N-甲基-吡咯烷酮(NMP)溶液超聲混合制得G/NMP混合液，用于制備Li1.2Mn0.54Ni0.13

6、Co0.13O2(MNC)電極片，從而將石墨烯的導電網絡結構引入到材料中。NMP溶液作為有機溶液不僅可以溶解石墨烯片，還可以作為制作電極片的分散劑，避免了雜質的引入。由于其特殊的二維結構和優(yōu)異的電導性，石墨烯層可以為鋰離子在MNC和乙炔黑之間的脫嵌提供高速擴散通道。循環(huán)性能和倍率性能的測試結果表明引入的石墨烯網絡結構可以明顯地提高倍率容量和增大循環(huán)壽命。EIS測試結果也證實了添加石墨烯后動力學性能得到持續(xù)的提高。另外，結果表明得益于石墨