富鋰錳基鋰離子電池正極材料改性研究
Modification of the lithium-rich manganese cathode material for Li-ion battery

1.8萬字 36頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘要：富鋰錳基正極材料Li2MnO3-LiMO2（M為過渡金屬元素）與其他傳統(tǒng)的電極材料相比具有成本低，充放電比容量高，熱穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點，是一種非常具有應用前景的正極材料。但富鋰錳材料同時還存在首次充放電效率低，倍率和循環(huán)性能差等問題。針對其特點，在前期大量調(diào)研工作基礎上，本論文以富鋰錳基正極材料Li1.2Mn0.6Ni0.2O2為研究對象，創(chuàng)新性提出通過制備超薄鈦氧化物包覆層的方法來改善其電化學性能。研究結果表明：（1）鈦氧化物超薄包覆層可以有效降低材料的首次不可逆充放電容量損失，其不可逆容量損失從76.4 mAh/g（0.00 wt%）分別降低至72.0 mAh/g （0.25 wt%）、72.2 mAh/g （0.25 wt%）、 68.4 mAh/g （0.25 wt%）、63.0 mAh/g （0.25 wt%）；（2）材料倍率性能得到顯著提高， 如原始樣品在1C充放電倍率下放電比容量為78.0 mAh/g，0.25 wt%鈦氧化物超薄包覆樣品在相應條件下的放電比容量提高至119.0mAh/g（提高約52.6 %）；（3）材料循環(huán)性能得到顯著提高，0.1C倍率下，經(jīng)過35次循環(huán)，原始樣比容量為223.0 mAh/g，0.25wt%包覆樣品為250.0 mAh/g (提高約12.1%)， 充放電效率從92%提升至99%（0.25wt%）。材料電化學性能的提高與超薄鈦包覆層顯著改善了材料表面的物化狀態(tài)有密切的關系：首先，包覆層能夠抑制SEI膜的形成，抑制正極活性物質(zhì)與電解液發(fā)生副反應，增加材料的循環(huán)壽命；其次，降低包覆層的厚度（即超薄包覆）的同時又能保證均勻包覆將有利于鋰離子在材料表面的擴散電阻，提高材料的倍率性能；再次，選擇鈦氧化物作為包覆層在正極活性物質(zhì)表面形成一個Ti的漸變摻雜層，抑制材料晶格氧的釋放和穩(wěn)定材料表層晶體結構。我們將在后續(xù)的研究工作中對超薄鈦包覆層改善材料電化學性能的機理做進一步深入的研究。


關鍵詞： 鋰離子電池 正極材料 富鋰錳材料 超薄包覆