PDF《正极材料电化学性能的影响》

第26 卷第

9 期 中国有色金属学报

2016 年9月Volume

26 Number

9 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Sep.

2016 文章编号:1004-0609(2016)-09-1929-06 纳米 CuO 表面包覆对 Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 正极材料电化学性能的影响 袁好,王先友,胡亮,杨秀康,舒洪波 (湘潭大学 化学学院 环境友好化学与应用教育部重点实验室, 电化学能源储存与转换湖南省重点实验室,湘潭 411105) 摘要:为了提高球形 Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 正极材料的电化学性能,通过非均匀成核法在材料颗粒表面包覆一 层纳米 CuO;

采用 XRD、SEM、TEM 和充放电测试仪对所包覆材料进行测试与表征.结果表明:适量的 CuO 包 覆可有效地提高 Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 正极材料的电化学性能;

当CuO 包覆量为 2%(质量分数)时,材料的电化学 性能最佳.在0.1C、2.0~4.6 V 充放电条件下,其首次放电容量为 213.7 mA・h/g,首次库仑效率可达 86.9%.此外, 该材料在 0.5C 倍率下循环

100 次后其放电比容量仍为 169.5 mA・h/g,容量保持率为 79.3%;

而未经包覆的 Li1.13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 在相同循环条件下,容量保持率仅为 65.5%. 关键词:锂离子电池;

富锂正极材料;

氧化铜表面包覆;

电化学性能 中图分类号:TM912.9 文献标志码:A 随着便携式电子产品和清洁能源汽车的快速发 展, 对锂离子电池的性能提出了更高的要求[1?5] . 然而, 目前锂离子电池的能量密度、安全性能以及成本问题 仍然制约其进一步发展.正极材料是决定锂离子电池 综合性能的关键因素之一.传统商业化的正极材料, 如层状 LiCoO

2、 尖晶石 Li2MnO4 以及橄榄石 LiFePO4, 均存在放电比容量低(200 mA・h/g)和低成本等 优点而备受关注[6?11] .然而,由于充放电机制的特殊 性和结构上的复杂性,层状富锂正极材料表现出较大 首次不可逆容量损失、高电压下容量与电压衰减快和 倍率性能欠佳等缺点,减缓了其实际商业化步伐.近 些年来,人们通过掺杂、制备特殊形貌、不同晶型复 合等方法,在一定程度上改善了富锂正极材料的电化 学性能.MA 等[12] 通过 Mo 进行部分或者全部掺杂, 形成 Li2MoO3 基富锂正极材料,有效改善电压衰退等 问题;

ZHANG 等[13] 制备了一种一次粒子沿着[010]晶 面生长的二次球形富锂材料,提高了锂离子的脱出与 嵌入速率,明显改善富锂正极材料的倍率等电化学性 能;

近年来,WANG 等[14] 通过水热法,成功制备出尖 晶石?层状复合晶型富锂正极材料,通过尖晶石相的 三维隧道结构,有效提高锂离子的扩散速率. 通过表面包覆提高材料界面稳定性和减缓正极活 性物质与电解液的副反应也被认为是改善材料电化学 性能的有效方法之一[15?16] .金属氧化物,如MgO[15] 、 TiO2 [17] 、 Al2O3 [18] 等包覆通常被认为是改进锂离子电池 正极材料性能的有效方法.金属氧化物包覆能够改善 材料的性能,一般认为是包覆层可阻隔电解液中产生 的HF 等对材料表面的侵蚀,从而提高材料表面稳定 性, 降低界面阻抗, 进而改善材料的电化学性能[19?21] . 本文作者采用非均匀成核法在富锂正极材料 Li1..13[Ni0.5Mn0.5]0.87O2 表面包覆一层稳定的纳米 CuO 膜,研究不同 CuO 包覆量对材料电化学性能的影响, 从而获得性能优异的锂离子电池正极材料,为锂离子 电池性能的改善提供可借鉴的科学依据.