文档介绍：湘潭大学
硕士学位论文
锂离子电池正极材料LiNi<,1/3>Co<,1/3>Mn<,1/3>O<,2>的合成
及其电化学性能研究
姓名:罗旭芳
申请学位级别:硕士
专业:物理化学
指导教师:王先友
20060501
锂离子电池正极材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 的合成及其电化学性能研究
摘要

锂离子电池因其高能量密度,高功率密度和长的循环寿命被广泛地应用于可
移动电子设备,如手机和掌上电脑等,并逐步向电动汽车、混合型电动汽车和高
效储能系统等领域拓展。目前,商业化锂离子电池主要采用 LiCoO2 作为正极材料,
但由于成本和安全性问题,LiCoO2 已不能满足锂离子电池发展的需要,在过去的
十年里为寻找 LiCoO2 的替代材料做出了大量努力。近来,Li[NixCo1-2xMnx]O2 体系
中,x=1/3 的特例 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 综合了 LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2 三种材料
的优点,具有较高的可逆容量、稳定的循环性能、优异的热稳定性和倍率性能,
并且成本低廉,被认为是混合电动汽车能源系统正极材料的最佳候选者之一,从
而引起了广泛的研究兴趣。本文采用形貌控制、热分析、结构分析和电化学研究
方法等实验手段,从合成方法、形貌及粒径分布、结构特征、电化学性能等多方
面对 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 材料进行了系统深入的研究,制备出性能良好的
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 电极材料。
本文采用氨配合氢氧化物共沉淀法制备出粒径均匀的球形
(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2 粒子。考察了反应时间、溶液的 pH 值、加氨量对前驱体
(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2 物理和化学性能的影响,探索出适宜于空气气氛条件下制备
目标产物的前驱体(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2 的最佳工艺条件为:pH=,NH3/M=,
反应时间 t=16 h。
以球形(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2 为前驱体,建立并优化了以氨配合氢氧化物共沉
淀法预处理固相合成高密度球形 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 电极材料的方法。发现
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 正极材料能在 700℃的低温下合成并具有较好的电化学性能。
重点采用结构精修方法详细剖析了不同烧结温度和烧结时间及不同 Li/(Ni+Mn+Co)
条件下合成样品的结构特征,结合充放电实验结果,优化了的固相合成条件为:
Li/(Ni+Mn+Co)=,材料压片,在 480℃预热 5 h,再于 650℃预热 9 h,然后在
850℃锻烧 18 h 即得产品。
最后,本论文对优化条件下合成的 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 电极材料形貌,密度,
结构进行了表征,并重点探讨了 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 材料的电化学性能。最优条件
下合成的 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 粉末保持了原中间体形貌,仍为二次球形粒子,仅粒
子的初级结构从棒形变为棱柱形,测得样品的振实密度为 g·cm-3,接近于商
业化 LiCoO2。研究结果表明所制备的粉末为高度有序层状结构,具有良好的电化
学性能。

关键词:锂离子电池;正极材料;氢氧化物共沉淀法;层状结构;
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2; 电化学性能
I
锂离子电池正极材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 的合成及其电化学性能研究
ABSTRCT

Lithium-ion batteries (LIB) with high energy density, power capability and long
cycle life are used to power portable electronic devices such as cellular phones and
puters and have long been considered as possible power source for electric
vehicle (EV), hybrid electric vehicle (HEV) and high efficiency energy-storage
systems. Layered LiCoO2 is the most widely used cathode material in the present-day
commercial Li-ion batteries. However, d