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锂镍锰钴复合氧化物LiNi1-x-yCoxMnyO2是近年来锂离子正极材料研究的热点,综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4三种材料的优点,其性能优于以上任一单一组分,有望取代现有各类锂离子电池正极材料。
本论文采用共沉淀法制备了LiNi1-x-yCoxMnyO2粉体,借助TG-DTA、XRD、SEM、EDAX等测试手段,详细讨论了反应不同x和y取值以及烧结条件(包括烧结温度、烧结时间、升温速率等)对产物LiNi1-x-yCoxMnyO2粉体晶相结构和形貌的影响,得到了如下研究结果:
(1)不同X取值的LiNi1-xCoxO2粉体,总体比较下来x=0.2时制得的锂镍钴复合氧化物具有较好的晶相结构及形貌。对LiNi1-yMnyO2粉体,比较下来少量的锰更利于复合粉体的晶相结构和晶粒生长。对于LiCoxMn1-xO2粉体,比较下来少量的钴更利于复合粉体的晶相结构和晶粒生长。
(2)烧结温度及保温时间对锂镍钴复合氧化物粉体的晶相结构和形貌有重要影响。烧结温度较低时(650℃)或保温时间不够,产物晶化不完全,随着温度的提高或保温时间延长,产物晶化趋于完全,得到晶粒大、结构规整的LiNi1-xCoxO2颗粒。适宜煅烧温度(750℃)下,升温速率对产物形貌有重要影响。
(3)共沉淀法制备二元体系复合氧化物的适宜合成条件为。750℃,升温速率为5℃/min,保温时间为7小时。
(4)共沉淀法制备的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2和LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2三种粉体均具有优良的层状结构。
(5)烧结温度及保温时间对锂镍钴锰复合氧化物粉体的晶相结构和形貌有重要影响。烧结温度较低时(650℃,750℃)或保温时间不够(3h,5h),产物晶化不完全,随着温度的提高或保温时间延长,产物晶化趋于完全,得到晶粒大、结构规整、形貌优良的颗粒。适宜煅烧温度(850℃)下,升温速率对产物形貌有重要影响。
(7)本实验采用的共沉淀法制备锂镍钴复合氧化物的适宜合成条件为850℃,升温速率为5℃/min,保温时间为7小时。
(8)比较三种不同镍钴锰含量的粉体的晶体结构参数可知,镍含量较低钴含量较高的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有相对更佳的层状结构,这也预示着其具备较高的比容量和较好的循环性能。