釕基富鋰正極材料的制備及電化學(xué)性能研究

1、釕基富鋰正極材料的制備及電化學(xué)性能研究鋰離子電池的廣泛應(yīng)用使人們對(duì)開發(fā)高能量密度的正極材料產(chǎn)生了迫切需求。作為目前能量密度較高的正極材料之一,富鋰材料在充放電過程中存在著層狀-尖晶石相的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致其在循環(huán)過程中表現(xiàn)出嚴(yán)重的電壓衰減和容量損失。因此設(shè)計(jì)合成新型電化學(xué)性能優(yōu)異的電極材料具有重要的實(shí)際意義。本文通過對(duì)釕基富鋰正極材料的研究得到了一系列性能優(yōu)異的正極材料。具體研究內(nèi)容和結(jié)果總結(jié)如下:(1)采用分步煅燒合成了Li2RuO3正極材料，利用X射線粉末衍射和掃描電子顯微鏡對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征,并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了測試。結(jié)果顯示通過分步煅燒得到的材料擁有較高的結(jié)晶度,并且電化學(xué)性能較好,

2、在電流密度為32mA/g條件下放電容量可達(dá)到284mAh/g,100周循環(huán)之后容量可以達(dá)到200.9mAh/g。當(dāng)電流密度增加至160mA/g時(shí)，電池容量可以達(dá)到276mAh/g。以上結(jié)果說明Li2RuO3是一種比較有發(fā)展前景的正極材料。(2)禾I用高溫固相法合成鋁摻雜Li2RuO3材料，對(duì)一步法合成的Li2RuO3產(chǎn)物進(jìn)行改性。結(jié)果顯示當(dāng)鋁摻雜量為2%時(shí),對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物0.98Li2RuO3-0.02Li2MoO3在電流密度為32mA/g的條件下,首周放電容量高達(dá)307mAh/g,100周循環(huán)之后容量可以保持在210mAh/g左右;當(dāng)材料在160mA/g的電流密度下進(jìn)行充放電時(shí),首周放電容量可以

3、達(dá)到298mAh/g,100周循環(huán)之后容量為180mAh/g。在800mA/g大電流倍率性能測試中，放電容量可達(dá)200mAh/g,充分顯示出其優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。但是當(dāng)鋁摻雜量為5%寸，摻雜產(chǎn)物性能有所下降。XPSM試結(jié)果顯示摻雜離子以Mo6+/sup環(huán)口Mo4+/sup訥種形式存在。Mo6+/sup起至U穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，Mo4+的存在有利于提高體系的容量，但當(dāng)其摻雜量過高時(shí)會(huì)導(dǎo)致過渡金屬向鋰層的遷移加重，從而降低材料的性能。(3)采用高溫固相法合成Li2RuO3-Li2MnO3-Li2SnO3三元材料，隨著Ru含量的增加，三元體系由復(fù)合相演變?yōu)閱我坏墓倘荏w。Ru4+/sup體系中起到緩

4、沖離子的作用，降低了Mn4+/sup環(huán)口Sn4+SJ子半徑大弓I起的品格畸變。電化學(xué)測試結(jié)果表明，一旦三元體系從復(fù)合相轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘芟?，電池的性能將急劇提升。除Ru含量外，三元體系中Mn/Sn摩爾比對(duì)循環(huán)性能有著較為顯著的影響。高M(jìn)n含量的樣品在循環(huán)過程中經(jīng)歷Mn4+/sup利Ru4+從過渡金屬層中的八面體位點(diǎn)到鋰層中的四面體位點(diǎn)的嚴(yán)重遷移，導(dǎo)致三元化合物的相轉(zhuǎn)變和容量衰減，Sn4+離子能夠有效地阻止Mn4+和Ru4+/sup啕子從過渡金屬層向Li層的遷移，高Sn含量的樣品將有利于提高體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)性能。Li2RuO3-Li2MnO3-Li2SnO3/sub咻系的電化學(xué)性能可以通過優(yōu)化組成來進(jìn)一步提高，它的衍生體系有望成為高能量密度鋰離子電池正極材料的候選