富锂锰基锂离子电池正极材料改性研究.doc

富锂锰基锂离子电池正极材料改性研究
Modification of the lithium-rich manganese cathode material for Li-ion battery

1.8万字 36页 原创作品，已通过查重系统


摘要：富锂锰基正极材料Li2MnO3-LiMO2（M为过渡金属元素）与其他传统的电极材料相比具有成本低，充放电比容量高，热稳定性好等诸多优点，是一种非常具有应用前景的正极材料。但富锂锰材料同时还存在首次充放电效率低，倍率和循环性能差等问题。针对其特点，在前期大量调研工作基础上，本论文以富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.6Ni0.2O2为研究对象，创新性提出通过制备超薄钛氧化物包覆层的方法来改善其电化学性能。研究结果表明：（1）钛氧化物超薄包覆层可以有效降低材料的首次不可逆充放电容量损失，其不可逆容量损失从76.4 mAh/g（0.00 wt%）分别降低至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）材料倍率性能得到显著提高， 如原始样品在1C充放电倍率下放电比容量为78.0 mAh/g，0.25 wt%钛氧化物超薄包覆样品在相应条件下的放电比容量提高至119.0mAh/g（提高约52.6 %）；（3）材料循环性能得到显著提高，0.1C倍率下，经过35次循环，原始样比容量为223.0 mAh/g，0.25wt%包覆样品为250.0 mAh/g (提高约12.1%)， 充放电效率从92%提升至99%（0.25wt%）。材料电化学性能的提高与超薄钛包覆层显著改善了材料表面的物化状态有密切的关系：首先，包覆层能够抑制SEI膜的形成，抑制正极活性物质与电解液发生副反应，增加材料的循环寿命；其次，降低包覆层的厚度（即超薄包覆）的同时又能保证均匀包覆将有利于锂离子在材料表面的扩散电阻，提高材料的倍率性能；再次，选择钛氧化物作为包覆层在正极活性物质表面形成一个Ti的渐变掺杂层，抑制材料晶格氧的释放和稳定材料表层晶体结构。我们将在后续的研究工作中对超薄钛包覆层改善材料电化学性能的机理做进一步深入的研究。


关键词： 锂离子电池 正极材料 富锂锰材料 超薄包覆