本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁鋰的制備與其電化學(xué)性能的研究

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【摘要】：在鋰離子電池正極材料的研究現(xiàn)狀中,每種正極材料都有自己的缺點(diǎn)。其中,LiCoO2成本高、資源貧乏、有毒性,而LiNiO2制備困難、熱穩(wěn)定性差。在鋰離子電池富鎳系LiNiO2基正極材料中,鎳鈷鋁鋰作為LiNiO2、LiCoO2和LiAlO2三者的固溶體,有著優(yōu)于大部分富鎳系LiNiO2基正極材料的高容量、好的熱穩(wěn)定性、便宜的價(jià)格和相對低的毒性,被認(rèn)為是新一代能能夠取代LiCoO2的環(huán)保鋰離子電池正極材料。但是,作為鋰離子正極材料,它也同樣存在著缺點(diǎn)。比如,在充放電循環(huán)的過程中,它的微觀結(jié)構(gòu)上會出現(xiàn)陽離子混排的現(xiàn)象,從而阻礙鋰通道,這會導(dǎo)致循環(huán)性能的變差,同時(shí)容易形成雜相NiO,這些對于鋰離子電池的運(yùn)行都是非常不利的。所以,這些問題亟待我們進(jìn)一步的探索。本論文采用溶膠凝膠法、水熱合成法和兩者的結(jié)合以制備鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁鋰為研究對象,研究了鎳鈷鋁鋰在溶膠凝膠法和水熱合成法下的不同制備條件,以及在不同制備條件下得到的鎳鉆鋁鋰的不同電化學(xué)性能。(1)在溶膠凝膠法的條件下,通過討論不同的檸檬酸的添加量、不同的最高平臺燒結(jié)溫度、不同的最高平臺保溫時(shí)間、不同的導(dǎo)電劑的添加量、不同的正極材料涂覆厚度確定了制備的最優(yōu)條件。(2)在水熱合成法下,通過討論不同水解劑的添加量的影響、不同水解劑的影響、不同表面活性劑添加量的影響、不同反應(yīng)物濃度的影響、不同反應(yīng)物體積的影響,得到一組制備短棒狀Ni0.8Co0.15Al0.05O顆粒的最優(yōu)參數(shù)。(3)在兩步法中,在第一步制成的短棒狀Ni0.8Co0.15Al0.05O前軀體中固溶鋰離子制備成鎳鈷鋁鋰的第二步試驗(yàn),采用溶膠凝膠法可以制備得到電化學(xué)性能優(yōu)的鎳鈷鋁鋰。這種條件下制備得到的鎳鉆鋁鋰顆粒均勻、尺寸細(xì)小、形貌規(guī)則、結(jié)晶度好。相比較純粹采用溶膠凝膠法制備得到的鎳鈷鋁鋰而言,兩步法下得到的材料倍率容量高、循環(huán)性好、高倍率下循環(huán)性佳。雖然在0.1C條件下,兩步法的樣品首次放電比容量比溶膠凝膠法的樣品來的低,但是在高倍率下,兩步法樣品的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。從0.2C下相差的10mAh/g,到0.5C時(shí)相差的20mAh/g,到1C時(shí),甚至相差100 mAh/g。循環(huán)性方面,同樣是低倍率0.1C下50個(gè)循環(huán),兩步法樣品的容量保持率90%要遠(yuǎn)高于溶膠凝膠法樣品75%。而兩步法樣品在1C倍率下依然展現(xiàn)出良好的循環(huán)性能,50個(gè)循環(huán)后容量保持率為90%。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 正極材料 鎳鈷鋁鋰 溶膠凝膠法 水熱法 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ131.11;TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 鋰離子電池發(fā)展簡述10-11
• 1.3 鋰離子電池簡介11-12
• 1.3.1 鋰離子電池結(jié)構(gòu)組成11
• 1.3.2 鋰離子電池工作原理11-12
• 1.3.3 鋰離子電池的優(yōu)越性12
• 1.4 鋰離子電池正極材料研究進(jìn)展12-15
• 1.4.1 鈷酸鋰正極材料13
• 1.4.2 鎳酸鋰正極材料13-14
• 1.4.3 鎳鈷錳酸鋰正極材料14-15
• 1.5 鎳鈷鋁鋰正極材料研究進(jìn)展15-22
• 1.5.1 鎳鈷鋁鋰的制備研究15-17
• 1.5.2 鎳鈷鋁鋰的改性研究17-19
• 1.5.3 鎳鈷鋁鋰特性研究19-22
• 1.6 選題意義與研究內(nèi)容22-24
• 1.6.1 選題意義22-23
• 1.6.2 研究內(nèi)容23-24
• 2 實(shí)驗(yàn)方法與儀器24-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器24-25
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料24
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備24-25
• 2.2 材料的表征與性能測試25-26
• 2.2.1 材料的物相分析表征25
• 2.2.2 材料的形貌與顯微結(jié)構(gòu)表征25-26
• 2.2.3 材料的碳含量表征26
• 2.3 材料的電化學(xué)性能測試26-28
• 2.3.1 電極片的制備26
• 2.3.2 電池的組裝26-27
• 2.3.3 電化學(xué)性能測試27-28
• 3 溶膠凝膠法制備鎳鈷鋁鋰的研究及其電化學(xué)性能表征28-49
• 3.1 引言28
• 3.2 試驗(yàn)過程及結(jié)果討論28-47
• 3.2.1 不同檸檬酸的添加量的影響29-32
• 3.2.2 不同的最高平臺溫度的影響32-35
• 3.2.3 不同的最高平臺時(shí)間的影響35-38
• 3.2.4 不同的導(dǎo)電劑的添加量對鎳鈷鋁鋰電化學(xué)性能表征的影響38-41
• 3.2.5 不同的正極料涂覆厚度的影響41-43
• 3.2.6 制備得到的材料的碳含量的測定43
• 3.2.7 不同鎳鉆鋁鋰中鎳鈷鋁配比的影響43-47
• 3.3 本章小結(jié)47-49
• 4 兩步法制備鎳鈷鋁鋰的研究及其電化學(xué)性能表征49-63
• 4.1 引言49
• 4.2 試驗(yàn)過程及結(jié)果討論49-62
• 4.2.1 制備短棒狀Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O49-58
• 4.2.2 在短棒狀Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O中固溶鋰離子58-62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 5 總結(jié)和展望63-65
• 5.1 本論文工作總結(jié)63
• 5.2 本論文未來工作展望63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-75
• 附錄75

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