發(fā)布時間：2017-03-18 11:06

  本文關鍵詞：高分子輔助噴霧干燥—焙燒法制備納米級富鋰三元材料，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人們?nèi)粘Ｉ钏降闹鸩教岣?智能消費電子類產(chǎn)品(如:手機、平板電腦、數(shù)碼相機等)日益盛行,但因其儲能電池能量密度低、續(xù)航時間短等問題,很難滿足人們的日常使用需求,因此,探索和開發(fā)具有更高比能量密度及長循環(huán)壽命鋰離子電池顯得極為迫切。鋰離子電池正極材料克容量大小直接決定著電池比能量密度的高低,富鋰錳基正極材料x Li2MnO3?(1-x)LiMO2(M=Ni,Co,Mn)因其高比容量(250mAh/g)、高熱穩(wěn)定性且綠色環(huán)保等優(yōu)點,引起了各國科研工作者們的廣泛研究興趣。然而,前期研究表明,該材料電池首次充放電庫倫效率低、倍率性能差、循環(huán)過程容量、電壓衰減快等問題嚴重阻礙了其未來商業(yè)化實用性進程。本論文采用簡便高效的高分子聚合物輔助噴霧干燥法,制備及組裝以鎳鈷錳三元富鋰材料為正極材料的鋰離子二次電池。分別考察了鎳/鈷/錳/鋰四組分摩爾比例、高分子聚合物添加量、沉淀反應時間、噴霧方式、焙燒溫度等因素對電池充放電性能的影響。此外,基于上述優(yōu)化條件,進一步開展富鋰三元材料倍率性能提升和循環(huán)穩(wěn)定性改善方面的研究工作,研究所得相關結(jié)論如下:首先,對鎳鈷錳三元富鋰材料LixNi0.15Co0.15Mn0.7O2中不同鋰摩爾含量(x=1.1-1.8)電池性能進行了對比考察。結(jié)果顯示,當鎳鈷錳三元富鋰材料中鋰摩爾含量為1.4時,該材料具有最高比容量和最佳的循環(huán)穩(wěn)定性(1C電流密度下穩(wěn)定循環(huán)70圈且容量保持率高達132.2%,70圈放電比容量為177.7mAh/g)。此外,恒定鋰摩爾量為1.4,分別對富鋰三元材料中不同鎳/鈷/錳摩爾比材料電池性能進行了研究。研究結(jié)果表明,Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2和Li1.4Ni0.2Co0.15Mn0.7O2具有最高的比容量和最佳的循環(huán)穩(wěn)定性。Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2首圈放電比容量為134mAh/g(1C),前幾圈容量穩(wěn)定增長,至第16圈其放電比容量為202mAh/g,100圈容量保持率為126.9%;Li1.4Ni0.2Co0.15Mn0.7O2首圈放電比容量為206mAh/g,100圈容量保持率為74%。通過分析不同圈數(shù)的放電曲線,發(fā)現(xiàn)材料放電平臺均隨著循環(huán)緩慢衰減,其中Li1.4Ni0.2Co0.15Mn0.7O2電壓衰減最為嚴重。Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2首圈放電中值電壓為3.6V,1C電流密度循環(huán)100圈,其中值電壓保持率為86%;Li1.4Ni0.2Co0.15Mn0.7O2首圈放電中值電壓為3.5V,1C電流密度循環(huán)100圈,其中值電壓保持率為74%。其次,以Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2為制備目標,系統(tǒng)考察相關制備工藝條件:高分子聚合物種類及其用量、溶液pH值、原料加料方式、前驅(qū)體合成反應時間和焙燒溫度等,對材料結(jié)構、形貌以及電化學性能的影響。研究結(jié)果表明:添加適量瓜爾豆膠、羧甲基纖維素和羥乙基纖維素(HEC)能有效的分散前軀體溶液,可改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性。SEM表征發(fā)現(xiàn),加入質(zhì)量分數(shù)為10%HEC明顯降低顆粒的團聚,BET結(jié)果顯示加入HEC可增大LNCM的比表面積,阻抗EIS測試表明HEC加入可以降低Li+在體相擴散阻抗和電化學阻抗。充放電測試顯示加入HEC可顯著改善LNCM的倍率性和循環(huán)穩(wěn)定性:0.1C循環(huán)50圈,10%HEC-LNCM容量保持率為93%,而未加入HEC制備的LNCM容量保持率為53%;0.5C循環(huán)168圈,HEC-LNCM比容量達201.9mAh/g,而LNCM第168圈僅有113.3mAh/g;1C循環(huán)100圈,第100圈,HEC-LNCM容量達210mAh/g,而LNCM僅為159mAh/g;2C循環(huán)50圈,HEC-LNCM容量達174Ah/g,而LNCM僅為146mAh/g。最后在最佳合成條件基礎上,研究了元素摻雜(Al、Na、K、Mg、Y)和Li4Mn5O12包覆對HEC-LNCM性能的影響。電化學測試顯示,Na、Y摻雜具有正面效應,可改善HEC-LNCM的循環(huán)穩(wěn)定性,可能是Na、Y摻雜可穩(wěn)定材料結(jié)構。Li1.4Ni0.15Co0.15Mn0.70O2在0.5C倍率下首圈放電比容量為220mAh/g,100圈容量保持率為79.5%,而摻雜0.5%Na的,其首圈放電比容量為215mAh/g,100圈容量保持率為99.5%。Li4Mn5O12包覆可改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性和保持較高的克容量,性能改善可能是因為Li4Mn5O12包覆層的物理阻隔作用可緩解電解液對LNCM的腐蝕以及對過渡金屬離子的溶解。Li4Mn5O12包覆的材料0.5C倍率下首圈放電比容量為136mAh/g,前幾圈容量穩(wěn)定增長,至第10圈容量達200mAh/g,100圈容量保持率為140%,未包覆的首圈為198mAh/g,100圈容量保持率為80.3%。
【關鍵詞】：鋰離子電池 Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2 噴霧干燥 高分子 元素摻雜 Li4Mn5O12包覆
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-34
• 1.1 引言13-14
• 1.2 鋰離子電池概述14-15
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展簡史14
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理與特性14-15
• 1.3 常見鋰離子電池正極材料介紹15-22
• 1.3.1 鋰離子電池正極材料及要求16
• 1.3.2 常見正極材料介紹16-22
• 1.4 層狀富鋰正極材料xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的研究進展22-31
• 1.4.1 xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的結(jié)構及特點23-26
• 1.4.2 xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的制備方法26-28
• 1.4.3 xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的包覆改性28-29
• 1.4.4 xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的摻雜改性29-30
• 1.4.5 xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的其它改性30-31
• 1.5 論文工作的研究意義及主要內(nèi)容31-34
• 1.5.1 論文工作的研究意義31-34
• 第二章 實驗材料與合成方法34-41
• 2.1 實驗原料與化學試劑34-35
• 2.2 實驗儀器與設備35-36
• 2.3 樣品的制備36-39
• 2.3.1 聚乙二醇輔助制備Li_(1+δ)Ni_xCo_yMn_(1-x-y)O_2(0＜δ＜1，0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＜0.5)36
• 2.3.2 HEC輔助制備Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2正極材料的條件優(yōu)化36-38
• 2.3.3 元素M摻雜的Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2正極材料的制備38
• 2.3.4 Li_4Mn_5O_(12)包覆的Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2正極材料的制備38-39
• 2.4 樣品的表征39-40
• 2.4.1 X-射線衍射（XRD）39
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡（SEM）39
• 2.4.3 熱重/差熱分析39
• 2.4.4 氮氣吸脫附分析（BET）39-40
• 2.4.5 透射電子顯微鏡測試(TEM)40
• 2.5 樣品的電化學性能測試與評估40-41
• 2.5.1 紐扣電池的制備40
• 2.5.2 充放電測試40
• 2.5.3 阻抗測試(EIS)40-41
• 第三章 Li_(1+δ)Ni_xCo_yMn_(1-x-y)O_2(0＜δ＜1，0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＜0.5)的制備41-50
• 3.1 引言41-42
• 3.2 結(jié)果與討論42-49
• 3.2.1 鋰含量對Li_xNi_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2結(jié)構和電化學性能研究42-44
• 3.2.2 鎳鈷錳比例對Li_(1.4)Ni_xCo_yMn_(1-x-y)O_2(0＜x+y＜0.5)結(jié)構和電化學性能影響44-49
• 3.3 本章小結(jié)49-50
• 第四章 HEC-LNCM的制備條件優(yōu)化50-72
• 4.1 引言50
• 4.2 結(jié)果與討論50-70
• 4.2.1 不同種類高分子的考察50-54
• 4.2.2 考察p H對Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2的性能影響54-56
• 4.2.3 考察加料順序：分步滴加或同時滴加56-58
• 4.2.4 考察草酸用量對Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學性能的影響58-60
• 4.2.5 考察HEC用量對Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學性能的影響60-62
• 4.2.6 考察反應時間對Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學性能的影響62-68
• 4.2.7 考察焙燒溫度對Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學性能的影響68-70
• 4.3 本章小結(jié)70-72
• 第五章 不同元素摻雜和氧化物包覆對HEC-LNCM正極材料結(jié)構和電化學性能的影響72-88
• 5.1 引言72-73
• 5.2 結(jié)果與討論73-86
• 5.2.1 鋁摻雜對材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學性能的影響73-75
• 5.2.2 鎂摻雜對材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學性能的影響75-77
• 5.2.3 鈉摻雜對材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學性能的影響77-80
• 5.2.4 鉀摻雜對材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學性能的影響80-82
• 5.2.5 釔(Y)摻雜對材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學性能的影響82-84
• 5.2.6 Li_4Mn_5O_(12)包覆對材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學性能的影響84-86
• 5.3 本章小結(jié)86-88
• 總結(jié)與展望88-89
• 參考文獻89-97
• 讀碩士學位期間取得的研究成果97-99
• 致謝99-100
• 附件100

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10 崔云龍;劉杰;姬金紅;;噴霧干燥溫度對Bt制劑質(zhì)量的影響[A];全國生物防治學術討論會論文摘要集[C];1995年

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5 武漢工業(yè)大學 王志輝;墻地磚生產(chǎn)過程中噴霧干燥的工藝控制[N];中國建材報;2002年

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