正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分,是決定鋰離子電池性能重要因素之一。三元LiNi_xCo_yMn_zO₂（x+y+z=1）系正極材料中,以LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂材料為代表的523型三元Ni-Co-Mn正極材料兼具比容量高、安全性好、成本低的優(yōu)勢,成為最具商業(yè)化應用前景的正極材料之一。但由于存在陽離子混排嚴重、界面穩(wěn)定性差、層狀結構不穩(wěn)定等缺陷,造成材料的循環(huán)性能和倍率性能不盡人意,進而影響電池的能量密度及功率密度。為進一步提升材料的性能,本文對523型三元Ni-Co-Mn正極材料進行了過渡金屬（TM）離子比例優(yōu)化及對優(yōu)化所得的材料進行同步雙重改性的研究,并對其在晶體結構、界面化學性質、鋰離子傳輸特性、電化學性能等方面產(chǎn)生的影響進行系統(tǒng)的分析,主要研究內(nèi)容與結果如下:（1）為了優(yōu)化LiNi_0.5+xCo_0.2+yMn_0.3+zO

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池結構示意圖[12]

鋰離子電池的工作原理示意圖[21]

碩士學位論文5圖1.3LiFePO4晶體結構模型示意圖[24]Fig.1.3CrystalstructuremodalofLiFePO4[24]1.3.2尖晶石型正極材料最早被發(fā)現(xiàn)的尖晶石型正極材料是錳酸鋰（LiMn2O4）。錳酸鋰屬于立方晶系，F(xiàn)d3m空間群。在尖晶石LiMn2O4結構中，O呈立方堆積結構占據(jù)32a位點，鋰占據(jù)四面體的8a位點，Mn占據(jù)八面體的16a位點[27]，其結構模型如圖1.4所示[24]。這種特殊的晶體結構為鋰離子的傳輸提供了一條三維擴散通道，因此LiMn2O4具有良好的倍率性能，同時LiMn2O4材料還具有成本低、安全性高的優(yōu)勢。但LiMn2O4存在如下缺陷[28,29]：首先，當錳離子的平均價態(tài)低于+3.5時，易發(fā)生Jahn-Teller效應，造成晶格扭曲，引發(fā)不可逆相變，從而破壞鋰離子傳輸路徑；其次，Mn3+易發(fā)生歧化反應：Mn3+→Mn2++Mn4+，Mn2+易溶于電解液，材料中的錳析出會對其結構造成破壞，同時電解液中的錳離子會影響SEI膜的生長造成電解液持續(xù)的分解。因此造成LiMn2O4材料的循環(huán)穩(wěn)定性差，尤其是在高溫下。為了克服以上缺點，通常對LiMn2O4材料進行金屬離子摻雜來穩(wěn)定晶體結構，包覆惰性物質減小電解液的侵蝕來抑制Jahn-Teller效應和錳溶解。近期研究發(fā)現(xiàn)LiMn2O4的晶面取向對電化學性能有顯著的影響[30,31]，其中{111}面具有較低的表面能和最佳錳離子排布，能夠抑制錳溶解和形成穩(wěn)定的SEI膜；而{100}面和{110}面與鋰離子傳輸通道一致，促進鋰離子的傳輸。因此{111}面占據(jù)主導配以少量的{100}面和{110}面的截角八面體型LiMn2O4具有良好的循環(huán)性能和快速充放電性能。LiNi0.5Mn1.5O4材料是通過Ni摻雜取代部分Mn得到的一種尖晶石型正極材料。鎳取代能夠提高錳離子的價態(tài)，抑制Jahn-Teller效應，維持結構穩(wěn)定；Ni2+/Ni4+的氧化還原反應將材料的平臺電壓提升到4.7V[32,33]。尖晶石型LiNi0.5Mn1.5

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋰離子電池正極材料高鎳LiNi1-x-yCoxMnyO2研究進展[J]. 劉嘉銘,張英杰,董鵬,李雪,夏書標.  硅酸鹽學報. 2016(07)
[2]三元正極材料LixNiyCozMn2-x-y-zO2的研究現(xiàn)狀[J]. 王豐,劉成士,曹利娜,張金龍.  電池. 2016(02)

博士論文
[1]鋰離子電池正極材料LiCoO2的改性及其薄膜制備研究[D]. 戴新義.電子科技大學 2016

碩士論文
[1]鋰離子電池正極材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的合成及其改性研究[D]. 朱圣容.華南理工大學 2016



本文編號：3553251