新型锂离子电池正极材料Lix/3+1Ni1/2-x/2-y/2CryO2制备及性能研究

摘要

随着锂离子电池的发展，其中一个很大的挑战是寻找到合适的正极材料来满足日益增长的能源储存的需要。新一代三元正极材料Li[Ni，Mn，Co]O2由于其具有比容量大、热稳定性高以及成本相对较低而被广泛关注。本文考虑到钴价格昂贵，有毒，且有放射性，因此我们考虑价格相对便宜且具有多电子转移特点的铬(Cr)来代替样品中的钴元素(Co)，理论上可以实现更多的锂离子脱嵌，从而提高三元锂离子电池材料的比容量。
　　 本文设计了一条操作简单、成本低廉的方法来制备Li[Ni，Mn，Cr]O2正极材料；并通过热重分析(TG/DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及恒电流充放电测试，研究了制备过程中各工艺参数对正极材料的影响，总结出最佳的制备条件。
　　 本文采用水热法以及后退火处理合成了一系列锂离子电池正极材料Lix/3+1Ni1/2-x/2-y/2Mnx/6+1/2-y/2CryO2(0≤x≤1，0≤y≤0.4，x+y≤1)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)以及恒电流充放电测试，系统地研究了复合材料的晶体结构、形貌以及电化学性能，并考察了不同原料配比对材料电化学性能的影响。实验结果表明，制得的Lix/3+1Ni1/2-x/2-y/2Mnx/6+1/2-y/2CryO2正极材料结晶度高，粒度分布均匀。其中，样品Li1.1833Ni0.2Mn0.5667Cr0.05O2的首次充放电比容量最高，分别为153.5和213.8mAh/g（电压范围为2.0-5.0V(vs.Li+/Li)，充放电倍率为0.2C）。样品Li1.2Ni0.2Mn0.6O2则体现出优异的循环稳定性。