锂离子电池正极材料Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2的高温烧结工艺优化和Li3PO4包覆改性研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yayanorman
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镍钴锰三元正极材料凭借高放电比容量、较好的安全性能和循环稳定性能等优势,被认为是当前市场主流材料LiCoO2的最佳替代材料之一,其中,材料Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3] O2在材料成本和性能方面较传统的三元材料有竞争优势,具有广阔的应用前景,尤其是在新能源电动汽车领域有非常大的发展空间,是当下的热点研究材料。  本论文采用共沉淀-高温固相法制得正极材料Li[N i0.5C o0.2 Mn0.3]O2,详细地研究了高温煅烧工艺中的锂源、煅烧温度、煅烧时间和混锂比(即Li/M比)等因素对材料结构和电化学性能的影响,并通过Li3PO4包覆对Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2进行改性,考察了Li3PO4包覆对材料性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电化学测试、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等表征手段对Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2的晶型结构、形貌和电化学性能进行表征分析。  采用LiOH·H2O作为锂源,按Li/M=1.08的比例混锂,在500℃下预烧5h,之后在830℃下烧结15h是合成Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2材料的最佳高温煅烧工艺条件。在此条件下合成的Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3] O2材料层状结构良好,阳离子混排程度较小,颗粒密实、球形度佳,具有良好的可逆性和较小的电荷转移电阻。在2.6-4.3V之间以0.1C倍率充电的首次放电容量为176.6 mAh·g-1,首次库伦效率达89.10%。在0.5C、1C倍率下的首次放电容量分别为157.4 mAh·g-1、150.7 mAh·g-1,循环50次后容量保持在147.8mAh·g1和142.2mAh·g-1。  使用固相球磨法在Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2材料表面包覆Li3PO4后,材料的六方晶格有序度不但得到提高,材料的首次库伦效率、倍率性能和循环性能因此得到了有效改善。首次充放电测试中包覆0.5% Li3PO4的Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3] O2在0.1C倍率下的首次库伦效率达92.13%。倍率测试中该材料在2C、3C倍率下的放电容量分别达到145.0 mAh·g-1、142.0 mAh·g-1,是0.1C倍率下放电容量的82.20%、80.50%。该材料在1C倍率下循环50次后,其放电容量仍保持在147.8 mAh·g-1,容量保持率达96.22%。CV和EIS测试显示:Li3PO4包覆增强了材料的可逆性,减小了材料的电荷转移电阻,因而Li3PO4包覆能够提高Li[Ni05Co0.2Mn0.3]O2材料的电化学性能。
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