本文關(guān)鍵詞：金屬氧化物表面修飾的三元正極材料的制備與表征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：與其他電池相比,鋰離子電池具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)和綠色安全等優(yōu)點(diǎn),而改善鋰離子電池性能的關(guān)鍵是研發(fā)合適的正極材料。本論文主要研究采用單層和雙層金屬氧化物包覆三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM),探索氧化物種類、包覆比例、層數(shù)等對(duì)材料的結(jié)構(gòu)形貌和電化學(xué)性能的影響。在論文的第一章研究中,我們簡(jiǎn)單介紹了化學(xué)電源與鋰離子電池的發(fā)展,鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及應(yīng)用前景。從電池正極材料具體到層狀材料中的三元材料,重點(diǎn)論述了三元材料的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、反應(yīng)機(jī)理以及表面修飾改性的研究綜述。在第二章中,介紹了本論文中使用的實(shí)驗(yàn)試劑和主要實(shí)驗(yàn)儀器,簡(jiǎn)單描述了論文中鋰離子半電池的制備工藝流程及相關(guān)性能表征方法。在第三章的研究中,我們采用不同價(jià)態(tài)的金屬氧化物對(duì)NCM材料進(jìn)行單層表面包覆。對(duì)于金屬氧化物的種類,主要考察惰性金屬氧化物：MgO、Al2O3、 TiO2、ZrO2、Li2TiO3、Nb2O5、Ta2O5、MoO3。研究了從+2價(jià)到+6價(jià)不同價(jià)態(tài)和包覆比例的金屬氧化物對(duì)于NCM材料結(jié)構(gòu)形貌和電化學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)1 wt% nanoAl2O3、1wt%ZrO2和1mol%Li2TiO3包覆的材料表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能。在2.5-4.3V,0.1C倍率下三種包覆材料的首次放電比容量分別是170、171.7和171.1mAh/g,在0.5C循環(huán)100次以后容量分別是140、148.3和143mAh/g,容量保持率分別是87.8%、87.6%和88.2%,而未包覆的參比樣只有80.7%。在第四章的研究中,我們選擇以上三種材料進(jìn)行不同材料和包覆順序的組合,采用雙層或者多層包覆,考察了不同組合的金屬氧化物包覆對(duì)于NCM材料電化學(xué)性能的影響。與單層包覆相比,雙層或者多層包覆有再次修飾NCM表面的作用,使包覆層更加均勻。研究發(fā)現(xiàn)0.5mol%Li2TiO3-0.5mol%Li2TiO3包覆材料具有最佳的電化學(xué)性能,EDS結(jié)果表明雙層包覆更均勻光滑。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示雙層0.5 mol%Li2TiO3包覆的NCM在2.8-4.3V,O.1C首次放電容量180mAh/g,在0.5C循環(huán)80次,容量保持率是94.2%。電化學(xué)性能提高是因?yàn)殡p層Li2TiO3包覆為鋰離子的擴(kuò)散提供了三維通道,并且作為保護(hù)層抑制電極與電解液的反應(yīng)。最后,在第五章,對(duì)論文工作進(jìn)行了總結(jié),列出了創(chuàng)新點(diǎn)和存在的不足,并對(duì)未來可能的研究方向提出了展望。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 鋰鎳鈷錳氧三元材料 表面包覆 循環(huán)性能 倍率性能
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ13;TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 化學(xué)電源發(fā)展概述12-13
• 1.1.1 化學(xué)電源簡(jiǎn)介12-13
• 1.1.2 化學(xué)電源分類13
• 1.2 鋰離子電池概述13-15
• 1.2.1 鋰離子電池簡(jiǎn)介13
• 1.2.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與組成13-14
• 1.2.3 鋰離子電池的工作原理14-15
• 1.2.4 鋰離子電池特點(diǎn)與前景15
• 1.3 鋰離子電池正極材料15-18
• 1.3.1 鋰離子電池正極材料簡(jiǎn)介15-16
• 1.3.2 層狀三元材料結(jié)構(gòu)16-17
• 1.3.3 三元材料特點(diǎn)17-18
• 1.4 層狀電極材料的表面包覆研究18-24
• 1.4.1 表面包覆的作用18-19
• 1.4.2 金屬氧化物包覆19-20
• 1.4.3 氟化物包覆20
• 1.4.4 磷酸鹽包覆20-21
• 1.4.5 含鋰化合物包覆21
• 1.4.6 核殼結(jié)構(gòu)包覆21-22
• 1.4.7 超薄膜包覆22-23
• 1.4.8 碳包覆23-24
• 1.5 選題背景與研究?jī)?nèi)容24-25
• 參考文獻(xiàn)25-30
• 第二章 實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)方法30-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)主要藥品30-31
• 2.2 測(cè)試儀器及實(shí)驗(yàn)方法31-38
• 2.2.1 樣品結(jié)構(gòu)及形貌分析31-33
• 2.2.2 電極制備和電池組裝33-35
• 2.2.2.1 電極制備33-34
• 2.2.2.2 電池組裝34-35
• 2.2.3 電池測(cè)試35-38
• 2.2.3.1 循環(huán)和倍率性能測(cè)試35-36
• 2.2.3.2 循環(huán)伏安測(cè)試36
• 2.2.3.3 交流阻抗測(cè)試36-38
• 第三章 單層金屬氧化物包覆LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的研究38-78
• 3.1 引言38
• 3.2 本章研究口的38
• 3.3 實(shí)驗(yàn)部分38-39
• 3.3.1 樣品制備38-39
• 3.3.2 結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)測(cè)試39
• 3.4 +2價(jià)金屬氧化物MgO包覆NCM39-43
• 3.4.1 樣品制備39-40
• 3.4.2 NCM/MgO的結(jié)構(gòu)及形貌分析40-41
• 3.4.3 NCM/MgO的電化學(xué)性能41-43
• 3.4.4 小結(jié)43
• 3.5 +3價(jià)金屬氧化物包覆NCM43-53
• 3.5.1 利用Al_2O_3包覆NCM43-48
• 3.5.1.1 樣品制備43
• 3.5.1.2 NCM/Al_2O_3的結(jié)構(gòu)及形貌分析43-45
• 3.5.1.3 NCM/Al_2O_3的電化學(xué)性能45-48
• 3.5.2 利用納米Al_2O_3包覆NCM48-52
• 3.5.2.1 樣品制備48
• 3.5.2.2 NCM/nanoAl_2O_3的結(jié)構(gòu)及形貌分析48-50
• 3.5.2.3 NCM/nanoAl_2O_3的電化學(xué)性能50-52
• 3.5.3 小結(jié)52-53
• 3.6 +4價(jià)金屬氧化物包覆NCM53-70
• 3.6.1 利用納米TiO_2包覆NCM53-56
• 3.6.1.1 樣品制備53
• 3.6.1.2 NCM/nanoTiO_2的結(jié)構(gòu)及形貌分析53-55
• 3.6.1.3 NCM/nanoTiO_2的電化學(xué)性能55-56
• 3.6.2 利用Li_2TiO_3包覆NCM56-63
• 3.6.2.1 樣品制備56-57
• 3.6.2.2 NCM/Li_2TiO_3的結(jié)構(gòu)及形貌分析57-58
• 3.6.2.3 NCM/Li_2TiO_3的電化學(xué)性能58-63
• 3.6.3 利用ZrO_2包覆NCM63-69
• 3.6.3.1 樣品制備63
• 3.6.3.2 NCM/ZrO_2的結(jié)構(gòu)及形貌分析63-65
• 3.6.3.3 NCM/ZrO_2的電化學(xué)性能65-69
• 3.6.4 小結(jié)69-70
• 3.7 +5價(jià)金屬氧化物Nb_2O_5和Ta_2O_5包覆NCM70-73
• 3.7.1 樣品制備70
• 3.7.2 結(jié)構(gòu)及形貌分析70-71
• 3.7.3 電化學(xué)性能71-73
• 3.8 +6價(jià)金屬氧化物MoO_3包覆NCM73-75
• 3.8.1 樣品制備73
• 3.8.2 結(jié)構(gòu)及形貌分析73-74
• 3.8.3 電化學(xué)性能74-75
• 3.9 本章總結(jié)75-76
• 參考文獻(xiàn)76-78
• 第四章 多層金屬氧化物包覆LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的研究78-100
• 4.1 引言78
• 4.2 本章研究目的78
• 4.3 實(shí)驗(yàn)部分78-80
• 4.3.1 樣品制備78-79
• 4.3.2 結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)測(cè)試79-80
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論80-97
• 4.4.1 結(jié)構(gòu)及形貌分析80-82
• 4.4.2 雙層包覆的電化學(xué)性能82-95
• 4.4.2.1 雙層Al_2O_3包覆NCM的電化學(xué)性能82-84
• 4.4.2.2 雙層ZrO_2包覆NCM的電化學(xué)性能84-85
• 4.4.2.3 雙層Li_2TiO_3包覆NCM的電化學(xué)性能85-89
• 4.4.2.4 Al_2O_3與ZrO_2包覆NCM的電化學(xué)性能89-90
• 4.4.2.5 Al_2O_3與Li_2TiO_3包覆NCM的電化學(xué)性能90-92
• 4.4.2.6 ZrO_2與Li_2TiO_3包覆NCM的電化學(xué)性能92-93
• 4.4.2.7 雙層包覆綜合電化學(xué)性能93-95
• 4.4.3 Li_2TiO_3三層包覆NCM的電化學(xué)性能95-97
• 4.5 本章總結(jié)97-98
• 參考文獻(xiàn)98-100
• 第五章 論文總結(jié)與研究展望100-102
• 5.1 本論文的創(chuàng)新之處100
• 5.2 本論文的不足之處100
• 5.3 研究展望100-102
• 致謝102-104
• 碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)成果104

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 R.M.Lum.L.Seibles ,R.P.Jones ,余耀華;添加金屬氧化物對(duì)已增塑聚氯乙烯的預(yù)燃高溫裂解化學(xué)的效應(yīng)[J];聚氯乙烯;1982年03期

2 大河內(nèi)春乃;白木;;化學(xué)試劑基礎(chǔ)知識(shí)講座 八、金屬和金屬氧化物[J];化學(xué)試劑;1985年02期

3 王岳 ,余楚蓉;金屬氧化物的制造方法[J];有色冶煉;1989年05期

4 吳水清;;不合格金屬氧化物的退除方法[J];表面技術(shù);1990年05期

5 劉先曙;密封的金屬氧化物-儲(chǔ)氫電池的生產(chǎn)工藝[J];兵器材料科學(xué)與工程;1991年11期

6 C.P.J.VANVUUREN;J.J.BODENSTEIN;M.SCIARONE;P.KESTENS;孫繼光;;人工合成鉻鐵礦在不同金屬氧化物下的熱分析研究[J];鐵合金;1993年04期

7 ;一步生產(chǎn)金屬氧化物等微細(xì)粉體的新設(shè)備[J];現(xiàn)代化工;1999年09期

8 陸軍;;甲烷與金屬氧化物反應(yīng)的探討[J];化學(xué)教育;1993年03期

9 張艷輝,田彥文,邵忠財(cái);多形態(tài)金屬氧化物晶體的制備[J];材料與冶金學(xué)報(bào);2005年03期

10 韓立敏;氧化鋁和其他金屬氧化物[J];無機(jī)鹽工業(yè);1987年04期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 馬臻;任瑜;盧巖斌;Peter G.Bruce;;介孔過渡金屬氧化物催化脫除環(huán)境污染物[A];第六屆全國(guó)環(huán)境化學(xué)大會(huì)暨環(huán)境科學(xué)儀器與分析儀器展覽會(huì)摘要集[C];2011年

2 櫖恅i，

本文編號(hào)：264443