掺杂钒对锂离子电池正极材料LiCo0.5Ni0.5O2结构的影响.pdf

维普资讯 2004年 8月 西 北 工 业 大 学 学 报 Aug． 2004 第22卷第4期 JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversity V0I．22No．4 掺杂钒对锂离子 电池正极材料 LiCo Ni 02结构 的影响 张爱波，刘建睿，李 岚，黄卫东 (西北工业大学 凝 固技术国家重点实验室 ．陕西 西安 710072) 摘 要 ：合成制备 了正极材料 LiCo0．5NiO 并 引入钒 (V)进行改性 ，采用 X一射 线衍射和 SEM 对 正极材料物相结构及形态分布进行表征。研究结果表明：随着烧结温度和时间的延长，正极材料层 状结构趋于完美；掺杂的V 未能进入锂钴镍氧化物 晶格 中，而是 以Ii。VO 形式存在 ，均匀地分散 在其层状结构 中，对 LiNiCo O 晶相有一定影响。 关 键 词：正极材料 ，掺杂，晶相结构 中图分类号：TM911 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—2758(2004)04～0473—04 锂离子 电池是性能卓越 的新一代绿色高能 电 对 IiCoNil--yO 改性的研究有 ：引入五价磷元素， 池 ，具有十分广阔的应用前景 。正极材料 LiCo0 电 引入一些非晶物 (如 H。BO。、SiO。和 Sb的化合物 性能好 ，最早应用于商品化锂离子 电池 中，但钴资源 等)，引入含 Ca 化合物 ，引入金属 Mn、Fe、Al、Ti、 少，价格高；LiNiO 比LiCoO 价格便宜且可逆嵌锂 Mg、Ga、Cr、Zn、B等[6]。而 目前对掺杂V元素研究 容量 高，但 制备条件十分苛刻，材料性 能重现性 较少 ，本文以正极材料 LiCo Ni O 的制备为起 差[】]。LiMn0 价格低廉、无污染，但存在充放 电循 点，通过化学方法引入 V ，并对其物相及局域结构 环过程 中结构不稳定、高温循环性能差 的应用问 进行研究，材料 的电化学性能待后续论文进行叙述 。 题[3]。目前价格低廉而性能优 良的电极材料是锂离 子 电池研究的新课题 。由于Ni和 Co均为第 4周期 1 实 验 ⅧB族元素 ，两者的性质相似 ，Co和Ni几乎可 以按 照任意 比例混合并保持产物 a—NaFeO 的层状结构 1．1 正极材料 的制备 为六方晶系的 R3m空间群，合成 Ni与 Co的复合 按化学计量将碳酸镍、碳酸钴、碳酸锂和 VOs 氧化物 LiNiCol--x0。固溶体 ，以镍取代钴是降低材 加入 到反 应 瓶 中，在 8OC逐 渐滴 加 柠檬 酸溶 液 料成本的有效途径之一 。 (O．25mol／I)，直至得到均匀透明溶液。将该溶液 锂离子 电池在反复的充放 电过程 中，由于锂离 于 8O～9OC加热搅 拌，待水份基本蒸干后移人于 子的反复嵌入与脱出，使活性物质的结构在多次收 300C的电炉上，干凝胶 自动燃烧生成黑色的粉体 ， 缩和膨胀后发生改变 ，同时导致 LiCoO 发生粒间 然后放人马福炉 中于 800．C下烧结 10h，再随炉冷 松动而脱落，使 内阻增大，容量减小。为提高正极材 却得产物 。 料的容量，可采用加入杂元素的方法 ，使正极材料的 1．2 性能测试 晶体结构部分发生改变 ，提高 电极结构变化的可逆 用 D／max～3A型 x射线衍射仪 (xRD，CuKa) 性[。据资料介绍[5]，对 IiCoNil--yO 进行掺杂可 研究锂镍钴氧化物正极材料合成粉体的相组成；用 提高IiCoNi一O：的容量及循环性能。利用掺杂 HlTACHlS一570电镜扫描仪进行电镜扫描 (SEM)。 收稿