摘要
富锂锰基正极材料具有高放电比容量、高工作电压和高能量密度等优点，成为高能电池体系正极材料的候选者。但其存在容量衰减严重、首次不可逆容量损失大以及倍率性能较差等问题，严重阻碍其商业化应用。钴元素资源稀缺、价格昂贵，研究低钴或无钴正极材料已成为新的趋势。本文以无钴二元层状富锂材料Li1.2Mn0.6Ni0.2O2为研究对象，对材料固相合成工艺，锂位、锰位和氧位异类离子掺杂改性固溶体材料的微观结构和电化学性能进行了系统的研究。 以碳酸锂、二氧化锰和氧化镍为原料，高温固相法制备Li1.2Mn0.6Ni0.2O2正极材料。研究了煅烧温度、保温时间和升温速率等工艺条件对正极材料微结构与性能的影响规律。煅烧温度900℃、保温时间12h和升温速率15℃/min的优化条件下，获得性能较好的正极材料，0.1C下的初始放电比容量为149.6mAhg-1。 以Na2CO3为Na源对正极材料的Li位进行Na掺杂改性研究，Na掺杂改性后的材料仍为层状结构。Na掺杂量为0.03的正极材料具有较佳的电化学性能，0.1C下的可逆放电比容量高达203.8mAhg-1，100周循环后容量保持率为87.4％。 以TiO2为Ti源对正极材料的Mn位进行掺杂改性研究，适量Ti掺杂改性后的材料仍为层状结构。掺杂量为0.05的正极材料具有较佳的电化学性能，0.1C下的放电比容量达210.4mAhg-1,100周循环后，放电比容量仍达到191.1mAhg-1,容量保持率达90.7％。较强的Ti-O键可以抑制氧的流失，有效改善材料的循环稳定性。 以LiF为F源对正极材料的氧位进行掺杂改性研究。F掺杂量为0.10的正极材料性能最佳，0.1C下的初始放电比容量达到178.8mAhg-1,100周循环后容量保持率达82.1％。F的引入促进了锂离子的传输速率并抑制氧的释放，有效改善了Li1.2Mn0.6Ni0.2O2正极材料的容量衰减。
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