改善镍锰基富锂层结构正极材料的电化学性能研究

王 聪

(北京当升材料科技股份有限公司，北京 102600)

1 引言

由于锂离子电池具有较高的能量密度，因此被广泛应用于笔记本电脑和智能手机等便携式电子设备中。然而，随着器件性能的提高，提高LIBs的能量密度已成为必要。因此，为了满足这种需求，需要一种高能量密度的电极材料。据报道表面涂层和元素替代可以提高速率和循环性能[1，2]。也有报道称，限制充放电截止电位可以抑制潜在迟滞[3，4]。镍/锰(Ni/Mn)配比对镍锰基富锂层结构正极材料Li电化学性能有影响，Ni/Mn比的增加提高了速率性能，抑制了潜在的迟滞，而在低碳率下，Ni/Mn比的增加降低了放电容量[5，6]。

在本研究中，调整锂/过渡金属(Li/TM)比(x)在阴极的含量，以实现高放电容量在高和低碳利率。固定高Ni/Mn含量(0.35/0.45)，x在Li1.2-xNi0.35+(0.35/0.8)xMn0.45+(0.45/0.8)xO2中的含量分别为0、0.02、0.04、0.06和0.08，并考察了x对电化学性能的影响。研究了Li1.2-xNi0.35+(0.35/0.8)xMn0.45+(0.45/0.8)xO2(x=0.04)的电化学性能和电化学反应机理，并与传统的富锂层结构正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2进行了比较。

2 实验平台搭建

2.1 阴极材料的制备

Li1.2-xNi0.35+(0.35/0.8)xMn0.45+(0.45/)0.8)xO2(x=0，0.02，0.04，0.06，0.08)，由碳酸锂(Wako，>99%)、无水碳酸镍(Wako，>98%)和碳酸锰(高纯化学品，>99.9%)的化学计量混合物反应合成。将每种原料混合成球团，在500 ℃空气中预热12 h。然后，每个小球被还原成粉末。将粉末重新制成球团，在950 ℃的空气中加热12h。Li1.2Ni0.2Mn0.6O2是根据我们之前的报告所指定的。

2.2 阴极材料的表征

金属成分为Li1.2-xNi0.35+(0.35/0.8)xMn0.45+(0.45/0.8)xO2(x=0或0.04)，采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES；PerkinElmer最适条件-3300xl)。Li1.2-xNi0.35+(0.35/0.8)xMn0.45+(0.45/0.8)xO2(x=0，0.02，0.04，0.06，0.08)，用x射线衍射(XRD，Rigaku无线电侦察-2200)，用带有Cu-Kα辐射(λ=1.54Å)的Rigaku衍射仪记录了在0.02°台阶宽度、10～70°2θ范围内的衍射数据。Li1.2-xNi0.35+(0.35/0.8)xMn0.45+(0.45/0.8)xO2(x=0，0.02，0.04，0.06，0.08)的晶格参数采用riet-fp程序计算。

2.3 阴极材料的电化学性能

阴极的制备方法如下：将制备的材料与乙炔黑和粘合剂(85wt%：10wt%：5wt%)混合，并加入N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。将产生……