文 献 综 述

研究背景：

电池作为人们生活的必需品，小到手表，大到汽车，都有它的作用。从1780年发现生物电，之后由此启发发明了电池，至今已经200多年了，其间经历了由一次电池到二次电池的飞跃。科技的发展让电池家族不断发展壮大，有方便廉价的干电池，有可以多次充放电能重复使用的蓄电池，还有太阳能电池等一系列的不同品种。在这些电池中，备受人们青睐的便是锂电池。不同于传统的镍电池，锂电池的容量和能量密度较大，电压较高，没有记忆效应和自放电现象，可以长时间存放，而且锂电池不会造成环境污染的问题，是一种较为的电池，这一系列的优势让其在最近几十年发展十分迅猛，为许多移动设备提供电力能源。

锂系电池指的是在电化学体系中含有锂的电池，包括锂原电池和锂离子电池，其中锂离子电池使用的范围更广，锂离子电池是用碳作为负极材料，正极是用含锂的化合物材料，在一个充放电的过程之中，不存在金属锂，只有锂离子。当电池充电时，在电池的正极上生成锂离子，生成的锂离子经过电解液运动到负极，因为用于负极的材料碳是层状的结构，含有很多微孔，在锂离子到达电池的负极后就嵌入到碳层的微孔之中，其中嵌入的锂离子越多，电池的充电容量也就越高。同样，当电池放电时，嵌入到负极的碳层中的锂离子从中脱出，回到正极。回到正极的锂离子数量越多，电池的放电容量就越高。虽然二次锂电池给使用者带来诸多便利，但是它也存在一种安全隐患。当电池充电时，因为电极凹凸的表面，使得锂电极上金属锂的沉积速度不同，这会导致金属锂在沉积的过程中会形成树枝状的晶体，若是电池过度充电，因为电池的正负两极被树枝状的晶体连接，在电池的内部形成短路，电池因过热而爆炸。^[1]这一隐患一度阻碍了锂离子电池的发展。随着科技的进步，正负极和电解质材料的不断创新带动着二次锂电池向前发展。在众多的材料研究中，因为其稳定性、安全性等一些电化学性能和价格，还有其他诸多因素，正极材料的研究成为了锂离子电池研究的重点方向，它的性能影响着锂离子电池的充放电性能和寿命，关系到锂离子电池的发展前景。

当前市场上的锂离子电池正极材料主要是LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂三种材料,这其中LiCoO₂是现阶段中在商品化锂离子电池中使用得最成功和最广泛的一种正极材料。它在可逆性、放电容量、充放电效率和电压稳定方面是比较好的。但它也存在一些弊端，由于钴资源存储量的有限、价格的昂贵、电极制作工艺的繁琐、含有毒性和较差的安全性能等一些缺点的存在，限制了LiCoO₂材料在今后大规模的推广和应用；LiNiO₂拥有较好的高温稳定性，较低的自放电率，并且没有污染，是继LiCoO₂之后研究得较多的一种层状化合物，但LiNiO₂工业化的制备方法较为繁琐,热稳定性差，一定程度上限制了它的发展，但可以通过掺杂一些金属元素来适当改变，提高其性能；LiMnO₂的原料储量比较丰富、价格低廉、无污染且热稳定性好,但是其容量低,循环性能差，在循环的过程中会发生容量的缓慢衰减，这将影响其应用；^[2]在不断发展的过程中，人们发明了镍钴锰三元材料，即在原始材料的基础上，通过引入钴元素，减少了阳离子混合占位的情况，能够有效地稳定材料的层状结构，通过引入镍元素，提高了材料的容量；通过引入锰元素，降低了材料的成本，提高了材料的安全性。镍钴锰三元材料综合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂ 三种材料的优点，存在明显的三元协同效应，综合性能要高于以上任意一种单一正极材料，因为其良好的循环性能、稳定的电压、较高的容量、较大的振实密度、较大的能量密度，从而获得了广泛的应用。其中LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂材料是一种中高镍系的三元正极材料,相对于低镍系和高镍系的三元材料,LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂在比容量、合成工艺以及成本控制上具有综合的竞争优势,是目前取代LiCoO₂正极材料在锂离子电池市场中主流地位最具竞争性的材料之一。

对于镍钴锰三元材料，可以通过多种方法改善其性能，从而提高锂离子电池的性能。例如用单壁碳纳米管（SWNTS）制备的无粘合剂的LiNi _0.4 Mn _0.4 Co _0.2 O ₂阴极材料，和使用传统方法制备的LiNi _0.4 Mn _0.4 Co _0.2 O ₂电极相比较，这种材料拥有更高的容量，并且在充放电的过程中显示出优异的循环性能。^[3]调整镍钴锰三元材料的化学计量比、烧结工艺对材料的电化学性能有一定的影响,通过控制材料的高温烧结的温度和时间，合成的材料的晶体中的阳离子混排有所降低，从而拥有了更高的容量和更稳定的循环性能。^[4]

研究目的：