發(fā)布時(shí)間：2020-12-12 12:54

　　錳基富鋰氧化物因具有較高的理論容量(>250 mAh·g^-1)和對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)成為了被廣泛研究的鋰離子電池正極材料之一。但在充放電過(guò)程中因材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致首次不可逆容量損失大、循環(huán)過(guò)程中電壓衰減和容量衰退嚴(yán)重,倍率性能較差等問(wèn)題,因而需要提升錳基富鋰氧化物的電化學(xué)性能。本文通過(guò)靜電紡絲技術(shù)和水熱法合成了具有不同形貌的錳基富鋰(Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂)正極材料,通過(guò)XRD、SEM、EDS、電池測(cè)試系統(tǒng)及電化學(xué)工作站等測(cè)試對(duì)產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)、聚集形貌和元素分布和電化學(xué)性能進(jìn)行探究和分析。通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備了Li_1.2-xMn_0.54Co_0.13Ni_0.13Mg_xO₂,（x=0,0.005,0.010,0.020）正極材料,并探究了Mg摻雜、煅燒溫度和模板劑對(duì)材料形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影... 

【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池工作原理示意圖[30]

第1章緒論7富鋰層狀氧化物中鋰離子是有序地排列在晶格中，而過(guò)渡金屬離子是隨機(jī)排列在過(guò)渡金屬位上[42]。Genevois等[43]通過(guò)高角度環(huán)形暗場(chǎng)-掃描透射電子顯微法觀察到Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2中存在垂直于c軸且不同方向的過(guò)渡金屬堆垛層，分別對(duì)應(yīng)Li2MnO3中過(guò)渡金屬有序堆積排列的[120]R3m、[210]R3m和[-110]R3m方向，如圖1.4所示。電子衍射結(jié)果表明Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2中含有較低含量的無(wú)序排布過(guò)渡金屬層，與LiMO2和Li2MnO3分離的樣品不同，進(jìn)一步的證實(shí)了富鋰錳基正極材料的結(jié)構(gòu)上是一種趨于均勻有序的固溶體。圖1.4（a）為L(zhǎng)i1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2的HAADF-STEM圖，（b）為L(zhǎng)i2MnO3沿[120]R3m、[210]R3m和[-110]R3m方向的理想結(jié)構(gòu)排布圖[43]Figue1.4(a)HAADF-STEMimageofLi1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2,(b)ArrangementofidealstructureofLi2MnO3along[120]R3m,[210]R3mand[-110]R3m[43]1.4.2錳基富鋰正極材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2的合成方法制備錳基富鋰xLi2MnO3·(1-x)LiMO2正極材料的方法有很多種，主要有共沉淀法[44]、溶膠凝膠法[45]、靜電紡絲法[46]、水熱法[47]、高溫固相法[48]等。1.4.2.1共沉淀法共沉淀法是制備粉體材料中最常用的方法，通常在原料溶液中加入適量的沉淀劑，使溶液中各組分充分混合均勻并按照化學(xué)計(jì)量比同時(shí)沉淀，或是在溶液中先沉淀一種中間產(chǎn)物，在經(jīng)過(guò)煅燒分解制備出目標(biāo)產(chǎn)物。該方法合成設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件調(diào)控產(chǎn)物的形貌和粒度，合成的產(chǎn)物可在原子、分子級(jí)別均勻混合。

第1章緒論10圖1.7（a）原始纖維的SEM照片；（b-d）煅燒后正極材料的SEM和HRTEM;（e）碳包覆的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2納米網(wǎng)狀正極材料循環(huán)性能和庫(kù)倫效率譜圖[51]Figure1.7SEM(a,b)andHRTEM(c,d)imagesofnanofberdecoratedLi1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2samplesbefore(a)andafer(b–d)heattreatment;(e)CyclicperformanceandcoulombicefciencyofparticleandnanofberdecoratedLi1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2samplesat1C[51]Chen等[65]通過(guò)靜電紡絲法合成了納米管狀的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正極材料，并系統(tǒng)的研究了不同含量Al2O3包覆對(duì)Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2納米管狀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。SEM照片顯示，前驅(qū)體的直徑約為600nm，表面光滑，在焙燒過(guò)程中聚合物PAN和乙酸鹽分解，所以焙燒后的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2由納米顆粒以鏈的形式組成空心管結(jié)構(gòu)，直徑減小，約為200-300nm，表面包覆Al2O3后對(duì)Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2納米管形貌的影響很校電化學(xué)性能測(cè)試表明，表面包覆了Al2O3的樣品，其初始庫(kù)倫效率由74.9%提升到85.2%，在1C的電流密度下，循環(huán)90圈后的容量保持率可達(dá)90%，其電化學(xué)性能得到了明顯的提升，這歸因于Al2O3包覆層穩(wěn)定了電解液和電極材料之間的界面，并且在包覆過(guò)程中，材料形成了具有三維Li+通道的尖晶石相，不僅減小了首次不可逆容量的損失，而且提高了其倍率性能。1.4.2.4水熱法水熱法是將水溶液置于特定的密閉容器中，通過(guò)加熱，提供一個(gè)高溫、高壓的環(huán)境來(lái)制備出所需的材料。該方法反應(yīng)條件溫和、工藝簡(jiǎn)單，并且制備的材料粒徑均勻、結(jié)晶度較高。Xu等[52]通過(guò)水熱法合成了具有鋰離子通道取向的高性能尖晶石/LLO異質(zhì)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]稀土La摻雜對(duì)層狀富鋰錳基氧化物正極材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響[J]. 羅林山,劉雯雯,文小強(qiáng),張帆,周新華,郭春平,周有池,普建.  有色金屬科學(xué)與工程. 2019(03)
[2]富鋰錳基正極材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的Zn2+摻雜改性[J]. 吳漢杰,梁興華.  材料導(dǎo)報(bào). 2017(06)
[3]鋰離子電池正極材料LiNiO2存在的問(wèn)題與解決辦法[J]. 葉乃清,劉長(zhǎng)久,沈上越.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2004(06)



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