水热法合成高镍三元正极材料的研究

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随着混合电动车(HEV)与电动车(EV)的发展和对太阳能,风能等自然能的储能设备的大量需求,大容量锂离子电池成为人们的研究热点。商用的正极材料LiCoO2由于成本高,循环稳定性差等因素渐渐使它没有竞争力,因此研究新型锂离子电池正极材料成为目前的研究热点。高镍正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2有较高的理论容量(280mAh/g),成为混合动力车理想的电池正极材料之一,但是由于混排现象导致高镍三元材料循环稳定性变差,所以提高LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的容量、循环性能也是研究重点之一。本文使用水热法合成LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料,通过蓝电测试仪对其性能进行测试,考查材料的充放电性能,从而得出最佳烧结温度和水热法反应温度。以乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰为材料,尿素为沉淀剂,通过水热法制备出Ni0.6Co0.2Mn0.2CO3前驱体,以Li2CO3为锂源进行混锂,然后在管式炉氧气气氛下分两段煅烧得到LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料。研究结果表明在550oC煅烧4个小时和850oC煅烧12个小时下制备出来的材料仍然能保持前驱体的形貌、均为蛹状型、颗粒尺寸约长5um、径向2um,由片状结构堆叠组成。这种材料表现出较好的电化学性能:在0.2C首次放电容量为181.1mAh/g,首次库伦效率达到89.5%,100周循环后容量保留率为85.6%。按照镍、钴、锰的摩尔比为8:1:1将乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰配成混合盐溶液,以尿素为沉淀剂,通过水热法制备出Ni0.8Co0.1Mn0.1CO3前驱体,以Li2CO3为锂源进行混锂,然后在管式炉氧气气氛下按照一定的程序经高温煅烧后得到LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2复合材料。结果表明在200℃水热反应温度和850oC煅烧温度下制备出来的材料还保持前驱体的蛹状形貌,但也有一定的收缩变化,在0.2C首次放电容量为191.1mAh/g,首次库伦效率达到90%,50周循环后容量保留率为92.8%。该材料首周放电比容量高于LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料,但长周期循环性能不如LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料。
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