摘要
层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2因其具有较高的放电容量、良好的结构稳定性和热稳定性等优点，被认为是锂离子电池中最具前景的正极材料之一。但是，该材料的首次不可逆容量损失、高充电截止电压下的循环性能和倍率性能仍然有待改善。本论文通过探索不同制备方法，以优化出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成条件，并且对材料进行Al2O3包覆和石墨烯包覆，改善其电化学性能，并探究其包覆机理。 采用碳酸盐共沉淀法，分别以Na2CO3、NaHCO3和Na2CO3+NaHCO3为沉淀剂合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。以Na2CO3为沉淀剂制备的材料具有较高的放电容量(171.8 mAh·g-1@0.5 C)，以Na2CO3+NaHCO3为沉淀剂制备的材料具有最优的六方晶型α-NaFeO2层状结构和最低的阳离子混排度，其具有较好的循环性能（86.3％@100个循环，0.5 C）和倍率性能。CV和EIS测试的结果表明，以Na2CO3+NaHCO3为沉淀剂制备的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的氧化还原峰更为尖锐且△V最小，并且其Rf和Rc1阻抗值增加缓慢且阻抗值较小，在充放电过程中，其结构稳定性和可逆性较好。 采用乙二醇辅助的溶胶-凝胶法，通过改变溶液pH值，优化出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成条件。当pH=5时，合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有良好的六方晶型α-NaFeO2层状结构且其颗粒粒径较小，具有较高的放电容量(205.2mAh·g-1@0.1 C)，但是其循环性能较差。 采用均匀沉淀法，以尿素为沉淀剂，在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2表面包覆上了均匀的Al2O3包覆层。XRD的结果表明在所有的样品中，1％Al2O3包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有最优的六方晶型α-NaFeO2层状结构和最低的阳离子混排度。SEM和TEM图表明厚度大约13～20 nm无定形透明多孔的Al2O3包覆层均匀地包覆在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表面上。与纯相相比，1％ Al2O3包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有较好的电化学性能，包括相对较高的首次放电容量(202.6mAh·g-1@0.1 C)、最高的首次库伦效率(92.1％)、较好的循环性能(92％@25℃，93％@55℃)和倍率性能。CV、EIS和XPS的结果表明其电化学性能得到提高是由于Al2O3包覆层可以抑制电解液（LiPF6或溶剂）在正极/电解液界面上的分解反应，从而减小循环过程中界面阻抗值和阻抗值的增大幅度。 分别采用固相法和水热法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/还原氧化石墨烯复合物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/RGO)。SEM和TEM图表明LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2颗粒分散在RGO层上或被RGO层包裹着。与固相法相比，水热法制备的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/RGO中，RGO与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2之间是通过键和作用较强的金属-氧共价键复合的，从而其具有较优的电化学性能。CV和EIS的结果表明包覆RGO后，减小了电池的阻抗（Rf和Rct），提高了材料的容量和可逆性，但是其Rf和Rct值的减小幅度不明显，以致于其电化学性能改善不明显。
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