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.pdf

北京化工大学

硕士学位论文

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

姓名：王蓓

申请学位级别：硕士

专业：物理化学

指导教师：杨文胜

20060519
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摘要体，合成了层状LiMIl0．4NUcoo．202材料。此外，还以碱式碳酸钴前驱体本文讨论了前驱体法制各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a-NaFe02结构的LiNio材料；以Mn寸岍一Co层状双羟基复合金属氧化物Q协·Ni—Co-LDHS)为前驱经焙烧得到介孔结构C0304纳米晶。本论文采用X】王D、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镍钻碱式碳酸盐前驱体是以NH4HC03为沉淀剂，通过旋转液膜反应器法制备的，前驱体与LiN03混合经焙烧等过程制备LiNio．8C00202正极材料。本合成方法主要有以下三方面优点：l、以NH4HC03为沉淀剂，NH。+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NH4HC03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Ln岖o．8C00．202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LiNi眦Coo．202，在2．75。4．5V(vs．Li+几i)的充放电电压范围内，电流密度为O．1mA．cm。1条件下，首次放电比容量为204．3mAh．百1，第45次充放电循环的放电比容量主要因素。8Coo．202I
250～350℃焙烧可制备具有介孔结构平均晶粒度为6．5～13．5采用成核／晶化隔离法，通过控制晶化过程的氧化条件制各匀分布的结构特征，制备出晶型规整的LiMno．4Nio．4Coo．202正极材料。实验结果表明前驱体的层状结构越好，制备的LjMno．4Nio．4C00202的层状有序性越高、电化学性能越好。本方法制备的LiMno4Nio．。coo．202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～，第50次充放电循环的放电比容量以成核／晶化隔离法制备碱式碳酸锚前驱体，晶化时间大于2h，经C0304。前驱体的微观形貌、焙烧温度和升温速率影响C0304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C030。纳米晶的电化学性能进行了初步考察。关键词：镍钴碱式碳酸盐，Mn—Ni．co．LDHs，锂离子电池正极材料，介孔结构Co，ot纳米晶，电化学性能为125mAh．f1。Mn-Ni-Co—LDHs前驱体，利用Mn-Ni．Co．LDHs中金属元素在层板上均为106nm的mAh·g～。北京化工大学硕士研究生学位论文Il
struct啪，矗om锄ongprecursor；2．LiMm．iNio．4Coo．202，舶msyntllesisPropemesMatenalsHydroxide(Mn寸m-Co-LDHs)m雒lodS，l曲iatinghy出Dxy—carbonateobtained也rough也eTG／】D1A-EGMS，TEM，SEM，FESEM觚dprecipitator．Andmcnlod．Firstly’NH4HC03ElectrochemicalNickeIlBasedLithium．IOnwere：1．LiNio．8Coo．202，wimu-NaFe02N伍．Ni．Co．XRD，ICP，FT-IRNH4HC03LiNio．8Coo．202、vasNa+aIldandofCathodeforBatteriesmaterialsNickel-b髂edNi—CosynthesizedtheHnalmemodgrowtllmistllesis，marlymechanisms．Thes劬】cture，elec仃ochemicalmateFialswKcha仃ectinVestigated．Theprecursor，Ni—Comillwi也LiN03prep∞ationchosenpurityintermsionK+whichelectrochemical8Coo．202．preparationNickel．basedc8t110defbrLitllium．ionbatterieswasstudied．1、otally，twokindsmaterials、veresynthesized．