LiNi13Co13Mn13O2正极材料的合成及电化学性能研究.pdf

成雪莲等：LiNi。Co，，。Mn。，。0：正极材料的合成及电化学性能研究 02正极材料的合成及电化学性能研究‘ LiNil／3C01／3Mnl／3 成雪莲，王 瑾，王子港，杨 晖 (南京工业大学材料科学与工程学院，江苏南京210009) 摘 要： 通过固相自引发基团置换反应——流变相 结制得性能良好的LiNi哪。Co¨；O：产物。由于固体 法制备出层状LiNil／3Col／3Mnl／302正极材料，研究了微粒和液体物质是混合均一的流变体。加之在一定的 不同烧结温度对材料的结构特性、微观形貌以及电化 温度和压力下，微粒表面被有效地利用，流体能充分地 学性能的影响。结果表明，850℃煅烧20h的样品具有进行反应及热交换。可以弥补由单一的机械球磨引发 最佳的二雏层状结构和阳离子有序度，产物颗粒呈球 的固相基团自置换反应的不足。因此，本文基于固相 形，分布均匀，平均粒径约250nm。在2．8～4．3V区自引发基团置换反应引入流变相法，使原料在分子水 平相混合并促进反应完全充分的进行，以制得性能优 间，以80mA／g充放电，首次放电比容量为169mAh／ 异LiNil／3CoI／3Mnl／302正极材料。 g，30次循环后容量保持率为82．6％。将充电截止电 压提高至4．4V，材料的前几次放电容量明显提高，以 2 实 验 32mA／g充放电，10次循环后的放电比容量为 174mAh／g，其后容量衰减加快，循环稳定性变差。 2．1 LiNil／3Col／3Mnl／302的合成 关键词：LiNil／3Col／3Mnl／302；固相自引发基团反 应——流变相法；容量保持率；截止电压 (C2 中图分类号：TM912．9 文献标识码：A 文章编号：1001—9731(2010)05-0851-04 加入3％(质量分数)的蔗糖，球磨4h制得粉红色浆 1 引 言 料。向取出的浆料中加入适量的去离子水，在80℃的 LiNiO：、LiCoO：和LiMn()2由于各自具有突出的恒温水浴锅中搅拌2h得到黏稠的流变相混合物，将此 优缺点，成为目前研究得较多的3种正极材料…。 混合物放在密封罐中，100℃恒温10h后取出，在 LiNi。／。Co。／。Mnl／30。综合了三者的优点并在一定程度120℃下干燥24h，研磨过筛，得到前驱体。前驱体在 上弥补了单一材料的缺点，具有比容量高、循环性能 空气中经不同的煅烧温度，得到目标产物LiNi，／。Cot／s 好、价格便宜、安全性好等特点，表现出良好的三元协 Mnl／30z。 同效应。自2001年Okuzu等[21首次报道以来。LiNil／32．2材料的表征与测试 Co。，。MnmO：三元正极材料被认为是最有潜力替代 使用德国耐驰公司的热熏一差热分析仪(TGDSC， LiCoO：的正极材料得到了广泛的研究[3~9]。 NETZSCH 目前常用于合成Li[Ni，Co，Mn]0z的方法有高 XRD采用美国热电公司的X射线衍射仪(XRD， 温固相法[z’3]、共沉淀法[4]、喷雾热分解法[5~73和流变 相法哺’1们等。高温固相法的工艺简单，但原料难于混 Model 合均匀，烧结需要较高的温度和较长的时间，产物颗粒 大，元素分布不均匀，电化学性能较差；共沉淀法能使 型能谱分析仪上做EDS分析。 原料达到分子水平相混合，制备出电化学性能优异的 2．3材料的电化学性能测试 球形LiFNi，Co，Mn]O：，但工艺复杂，流程长，操作不 易控制；喷雾热分解法在制备过程和产物性能方面有 很大的优越性，但是对设备要求较高。何雨石等¨川以 ：10的比