锂离子电池正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的表面改性研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:smtsmarsh
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锂离子电池由于具有高能量密度、长使用寿命和对环境友好等优点,被视作新型清洁可再生能源的优良储存载体。为了减少正极材料过渡金属离子在电解液中的溶解以及充放电过程中正极材料的体积变化,材料表面的包覆改性就显得十分重要。由于LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2在循环性能和放电容量方面具有优秀的综合性能,被选作包覆的基体材料。采用ZnO、CoO、FeF3·3H2O、FeF3·0.33H2O和同样是三元正极材料的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2来对基体材料进行表面包覆改性,使用EDS、SEM、XRD和充放电测试来对包覆前后的材料进行元素分析以及表面形貌、材料结构和充放电性能进行表征。使用共沉淀法制备出LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料,通过液相法使得以Zn为中心金属原子的有机金属框架材料(ZIF-8@Zn)和以Co为中心金属原子的有机金属框架材料(ZIF-67@Co)在基体正极材料表面自组装生成。通过对纯相的ZnO和CoO以及包覆好的材料的表面EDS分析,确定在正极材料颗粒表面生成了ZnO和CoO包覆。充放电检测结果表明CoO包覆的正极材料相对于ZnO包覆和未包覆的材料具有更低的容量衰减,在高倍率下具有更高的放电比容量。采用Fe(NO33·9H2O和NH4HF2为原材料,在常温条件下,在基体正极材料表面生成FeF3·3H2O包覆材料,接着将包覆好的材料在N2气氛下180℃保温3h,制得FeF3·0.33H2O包覆的正极材料。充放电结果说明FeF3·3H2O和FeF3·0.33H2O包覆都能够提高材料的放电比容量,但是并没有明显降低正极材料在不同倍率间的容量衰减,循环稳定性稍有提升。同样采用共沉淀法在LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料颗粒表面生成Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2包覆层,将产物洗涤烘干后掺锂烧结,得到LiN i1/3Co1/3Mn1/3O2包覆的正极材料。LiN i1/3Co1/3Mn1/3O2包覆的正极材料在0.5C、1C、2C、5C条件下首次放电容量分别为166.39、154.42、144.13、131.11mAhg-1,在1C、2C、5C下首次放电容量保有0.5C的92.80%、86.62%、78.79%,结合循环性能图,包覆后正极材料放电比容量、倍率性能和循环稳定性都得到明显提升。
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