本文關(guān)鍵詞：高性能層狀高鎳NCM材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控與性能研究　出處：《天津理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：LFP型鋰離子動(dòng)力電池目前已在電動(dòng)汽車上廣泛應(yīng)用,但這種鋰離子動(dòng)力電池的比能量密度較低,不能滿足下一代鋰離子動(dòng)力電池的要求(300Wh/KG)。正極材料是限制鋰離子動(dòng)力電池比能量密度的關(guān)鍵。近幾年,高鎳NCM層狀材料以其高能量密度和倍率性能,有望滿足下一代鋰離子動(dòng)力電池的要求。但這種材料的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較差,有待進(jìn)一步提高。為了提高高鎳NCM材料的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,研究者先后將其設(shè)計(jì)成為核殼結(jié)構(gòu)、多級(jí)核殼結(jié)構(gòu)、濃度梯度結(jié)構(gòu)、全濃度梯度結(jié)構(gòu)等特殊結(jié)構(gòu),希望利用富鎳核的高容量和富錳殼的高穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)核與殼的功能互補(bǔ)。結(jié)果也發(fā)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的NCM材料具有顯著提高的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。但上述研究均是將特殊結(jié)構(gòu)NCM材料與非核殼NCM材料作比較,沒(méi)有進(jìn)行不同特殊結(jié)構(gòu)NCM材料之間的比較,因而無(wú)法進(jìn)一步優(yōu)化這些特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。針對(duì)上述問(wèn)題,本論文以高鎳NCM材料(LiNi0.68Co0.13Mn0.19O2)為研究對(duì)象,在不改變總成分的條件下,分別將其設(shè)計(jì)成非核殼結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)、多級(jí)核殼結(jié)構(gòu)、全濃度梯度結(jié)構(gòu),并采用共沉淀-高溫固相法合成這些特殊結(jié)構(gòu)材料。ICP結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)材料其理論含量與實(shí)際摩爾含量相近,達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求。根據(jù)XRD,SEM以及截面EDS分析可知,成功合成了這些特殊結(jié)構(gòu)材料。振實(shí)密度結(jié)果表明,核殼結(jié)構(gòu)、多級(jí)核殼結(jié)構(gòu)、全濃度梯度結(jié)構(gòu)材料均具有比非核殼材料更高的振實(shí)密度。電化學(xué)測(cè)試表明,全濃度梯度結(jié)構(gòu)材料表現(xiàn)出最為優(yōu)異的循環(huán)性能,核殼結(jié)構(gòu)和多級(jí)核殼結(jié)構(gòu)材料也表現(xiàn)出較為優(yōu)異的循環(huán)性能,但多級(jí)核殼結(jié)構(gòu)較核殼結(jié)構(gòu),其優(yōu)勢(shì)并不明顯,而非核殼結(jié)構(gòu)材料在經(jīng)過(guò)循環(huán)后容量明顯衰減,低于其余三種結(jié)構(gòu)材料。EIS分析可知,全濃度梯度結(jié)構(gòu)材料在不同循環(huán)周數(shù)的電荷轉(zhuǎn)移阻抗最小,核殼結(jié)構(gòu)與多級(jí)核殼結(jié)構(gòu)也具有較小的電荷轉(zhuǎn)移阻抗,而非核殼結(jié)構(gòu)的電荷轉(zhuǎn)移阻抗最大。熱穩(wěn)定性分析表明,全濃度梯度結(jié)構(gòu)材料具有最好的熱穩(wěn)定性,核殼結(jié)構(gòu)與多級(jí)核殼結(jié)構(gòu)也具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,而非核殼結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性則較差。綜上所述,核殼結(jié)構(gòu)、多級(jí)核殼結(jié)構(gòu)、全濃度梯度結(jié)構(gòu)材料均具有比非核殼材料更高的振實(shí)密度、電化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性,尤其是全濃度梯度結(jié)構(gòu)材料最為優(yōu)異。
[Abstract]:LFP lithium-ion power battery has been widely used in electric vehicles, but its specific energy density is low. The cathode material is the key to limit the specific energy density of Li-ion power battery in recent years. High nickel NCM layered material is expected to meet the requirements of the next generation lithium ion power battery due to its high energy density and rate performance, but the cycle stability and thermal stability of this material are poor. In order to improve the cyclic stability and thermal stability of high-nickel NCM materials, the researchers have designed them as core-shell structure, multi-stage core-shell structure and concentration gradient structure. The high capacity of nickel rich nucleus and the high stability of manganese rich shell are expected to be used in the special structure such as the full concentration gradient structure. It was also found that the special structure of NCM materials had significantly improved cyclic stability and thermal stability. However, all the above studies were to combine the special structure NCM materials with non-core-shell NCM materials. Make a comparison. There is no comparison between NCM materials with different special structures, so it is impossible to further optimize the design of these special structures. In this paper, the high-nickel NCM material LiNi0.68Co0.13Mn0.19O2 was used as the research object, which was designed into non-core-shell structure without changing the total composition. Core-shell structure, multistage core-shell structure, full concentration gradient structure, and coprecipitation-high temperature solid state method to synthesize these special structural materials. ICP results show that. The theoretical content of the designed structural material is close to that of the actual molar content, which meets the requirements of the experimental design. According to the analysis of XRD-SEM and cross-section EDS. These special structural materials have been successfully synthesized. The results of vibrational density show that the core-shell structure, multistage core-shell structure and full-concentration gradient structure have higher vibrational density than that of non-core-shell materials. Electrochemical measurements show that these materials have higher vibrational density than that of non-core-shell materials. The full concentration gradient structure material shows the most excellent cyclic performance, the core-shell structure and the multi-stage core-shell structure material also show the more excellent cyclic performance, but the multi-stage core-shell structure has no obvious advantage over the core-shell structure. However, the capacity of non-core-shell structure material decreases obviously after cycling, which is lower than that of the other three structural materials. EIS analysis shows that the charge transfer impedance of the gradient structure material with full concentration is the smallest at different cycle cycles. The core-shell structure and multistage core-shell structure also have small charge transfer impedance, while the non-core-shell structure has the largest charge transfer impedance. The thermal stability analysis shows that the full concentration gradient structure material has the best thermal stability. Core-shell structure and multistage core-shell structure also have good structural stability, while non-core-shell structure materials have poor structural stability. In conclusion, core-shell structure, multi-stage core-shell structure. The full concentration gradient structure materials have higher vibrational density, electrochemical performance and thermal stability than the non-core-shell materials, especially the full concentration gradient structure materials.
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.4;TM912

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本文編號(hào)：1413043