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近年来,商业化的以Co为原料的电池价格仍然居高不下,且对环境有较大污染。富锂层状高锰正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2,(M=Mn,Co,Ni,etc.),因其具有高工作电压下更高的比容量、结构稳定、优良的循环性能和倍率性能等优点而受到关注,该类材料能够在保持优异电化学性能的条件下进一步降低Co元素在材料结构中的比例。因此,本文在选择合理的常规层状材料和优化固溶体材料中的成分比例的基础上,为实现富锂层状高锰正极材料大规模商业化生产寻求最佳的生产制备方法。 本文先以柠檬酸为络合剂,金属醋酸盐作原料,通过溶胶凝胶法合成出富锂型正极材料Li[Li0.2Mn0.56Ni0.16Co0.08]O2。考察反应时间和合成温度对材料结构、形貌及其电化学性能的影响,得出最佳的反应时间和合成温度分别为900℃和12h。在900℃下反应12h所得试样晶体结构完整,结晶度良好,颗粒分散、粒径分布均匀;在2.0-4.8V,0.1C下,试样的首次放电容量为265.6mAh/g,循环20次后容量保持率为99.8％,在1C、2C倍率下循环50次后容量保持率分别为97.2%、93.2%。 以葡萄糖为粘结剂,金属醋酸盐为原料,通过喷雾干燥法合成前驱体,然后在900℃反应12h得到富锂型正极材料Li[Li0.2Mn0.56Ni0.16Co0.08]O2。喷雾造粒工艺提高了材料的振实密度和分散度,使材料电化学性能提高。在2.0-4.8V,0.1C下,试样的首次放电容量为286.2mAh/g,循环20次后容量保持率为99.8%,在1C、2C倍率下循环50次后容量保持率分别为99.6%、98.5%。 以NaOH为沉淀剂,金属醋酸盐为原料,利用氨水调节混合溶液的pH值,通过共沉淀合成前驱体,然后在900℃反应12h得到富锂型正极材料Li[Li0.2Mn0.56Ni0.16Co0.08]O2。共沉淀法合成的材料层状构型清晰,结晶度高,颗粒的分散度和致密度好。电化学性能测试表明,在电压为2.0-4.8V,0.1C倍率下,共沉淀法合成的材料首次放电比容量为292.1mAh/g,循环20次后,容量保持率为99.8%;在1C、2C倍率下,50次循环后容量保持率分别为99.7%、99.1%。 对比分析三种方法制备材料的性能,选择易于实现规模化生产的最佳途径。