随着社会可持续发展的需要和对环境污染等问题的日益重视,迫使人们追寻高效、可再生和无污染的清洁能源。锂离子电池作为绿色储能装置,在便携电子设备、电动汽车和混合动力汽车领域中广泛应用,可有效的降低二氧化碳等气体的排放。富锂层状正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni、Co、Mn...)以其具有高比容量、价格低廉、环境友好等优点,因而被认为是电动汽车动力锂离子电池的理想正极材料,受到广泛的关注。然而,这类富锂层状正极材料存在首次库仑效率低、倍率性能较差和循环过程容量衰减明显等问题,这严重限制了其商业化应用。本文探索以简易的草酸盐法合成富锂层状正极材料,并对其进行表面包覆改性。采用X射线衍射(XRD)、比表面积测试、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、感应耦合等离子炬发射光谱仪(ICP)、X射线能量色散谱仪(EDX)、循环伏安法(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)等技术对样品的相组成、微结构和电化学性能进行表征。主要研究内容和结果如下:(1)采用固相草酸盐法和液相(包括水介质和乙醇介质)草酸盐法等三种方法制备了形貌不同的富锂层状正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2(简称为LMNCO),并对其形貌、结构和电化学性能进行了对比研究。结构分析结果表明,三种样品均有良好的层状结构,化学组成精确;固相草酸盐法合成的样品为分散良好的超细颗粒,一次颗粒粒径为150-200 nm,乙醇介质草酸盐法合成的样品为棒状形貌,一次颗粒粒径100-200 nm,直径为100-300 nm,长度1-2μm左右,水介质草酸法合成的样品呈现尺寸为2-5μm多孔长方体状团聚体,一次颗粒粒径为50-200 nm;其中,水介质草酸盐法合成样品的阳离子有序度最高、比表面积最小(1.148 m2/g),电化学性能最优,该样品在电流密度为0.1 C(1 C=250mA/g)时的首次放电容量高达261.9mAh/g,首次库仑效率为74.6%,当电流密度增大到5 C时,它的放电比容量为108.9 mAh/g,在1 C循环100次后,它的放电比容量为159.2 mAh/g,容量保持率为80.9%。(2)基于上述研究结果,采用水介质草酸盐合成法制备Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料,研究前驱体合成条件对其微结构及电化学性能的影响。结果表明,在50℃、70℃和90 ℃制得的样品(分别简称为LMNCO-50、LMNCO-70和LMNCO-90)具有类似的形貌,均呈现多孔长方体状团聚体,其中的一次颗粒粒径为200 nm左右,层状结构发育良好,化学组成均匀、化学计量准确。细致的结构分析表明,LMNCO-70样品中的长方体状团聚体更为致密,孔径更小、分布更窄,且其层状结构中阳离子分布有序度更高。电化学分析显示,LMNCO-70样品的电化学性能明显优于LMNCO-50和LMNCO-90样品;LMNCO-70样品在电流密度为0.1 C时的首次放电容量高达261.9 mAh/g,首次库仑效率为74.6%,当电流密度增大到5 C时,它的放电比容量为108.9 mAh/g,在1 C循环100次后,它的放电比容量为159.2 mAh/g,容量保持率为80.9%。(3)基于以上的研究结果,采用溶胶-凝胶法将尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4材料包覆在 Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2表面,并进一步分析了Li Ni0.5Mn1.5O4 包覆量(4wt%、8 wt%和12wt%)对Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2形貌、结构和电化学性能的影响。结果表明,LiNi0.5Mn1.5O4成功的包覆在Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2表面,包覆后富锂正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的一次颗粒大小没有明显的改变,随着包覆量的增加,样品的长方体状团聚体都更加密实,孔隙缩小;结构分析结果表明,包覆后样品的层状结构更加完好且阳离子混排度均有所降低;电化学测试表明,当包覆量为8 wt%时,Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2样品的电化学性能提升最为明显,该样品在电流密度为0.1 C时的首次放电容量高达282.7 mAh/g,首次库仑效率为82.1%,当电流密度增大到5 C时,它的放电比容量为140.0 mAh/g,在1C循环100次后,它的放电比容量为169.6 mAh/g,容量保持率为84.1%。