新能源汽車的快速發(fā)展及其續(xù)航里程的提升對鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求,而正極材料是制約鋰離子電池比容量及能量密度的關(guān)鍵。富鋰錳基正極材料Li[Lix（MnM）1-x]O2（M = Ni,Co,Fe等）因具有高放電比容量（>280 mAh g-1）、高工作電壓（>3.6 V）和高體積比能量（1000 WhL-1）等優(yōu)勢,受到了研究者廣泛的關(guān)注。富鋰錳基正極材料的高容量來源于高電壓下（>4.5 V）Li2Mn03結(jié)構(gòu)的活化,此過程伴隨著材料結(jié)構(gòu)的不可逆轉(zhuǎn)變;此外,該類材料的結(jié)構(gòu)在循環(huán)過程中逐漸由層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轭惣饩Y(jié)構(gòu),這就導(dǎo)致了材料的放電比容量和放電電壓隨循環(huán)衰減嚴(yán)重、倍率性能變差等問題。持續(xù)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變不僅在材料體相中產(chǎn)生了大量的兩相界面,嚴(yán)重阻礙了 Li+的傳輸,而且還產(chǎn)生了電化學(xué)活性較低的巖鹽結(jié)構(gòu)和無定形結(jié)構(gòu),削弱了 Li+脫出/嵌入的可逆性,因此,保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、維持Li+遷移通道順暢有望成為解決富鋰錳基正極材料問題的有效途徑。本文以深入研究富鋰錳基正極材料的Li+擴(kuò)散特點及其與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系為基礎(chǔ),提出了原位包覆快離子導(dǎo)體以及構(gòu)建表面反位缺陷的技術(shù)路線,... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１鋰離子電池工作原理示意圖Ｗ?（ＬｉＣ〇０２／電解液／石墨）??２．１．３鋰離子電池正極材料的特點??

Ｃ｜?ｕｃｍｍｃｍｍ?ＵｔＭ＾ｋ??ｏｒｇａｒｉｅ??圖２－１鋰離子電池工作原理示意圖Ｗ?（ＬｉＣ〇０２／電解液／石墨）??２．１．３鋰離子電池正極材料的特點??正極活性材料是鋰離子電池的核心組成部件之一，其主要特性直接影響??了鋰離子電池的整體性能如比容量、比能量、安全性、成本等。以ＬｉＣｏ０２??正極活性材料為例，在３．０－４．２Ｖ工作電壓范圍內(nèi)，Ｌｉ＋的脫出量只有０．５，并??不能全部從結(jié)構(gòu)脫出；如果Ｌｉ＋脫出量大于０．５，活性材料內(nèi)部及表面結(jié)構(gòu)將??趨于不穩(wěn)定，因此，ＬｉＣｏ０２的放電比容量也只有理論放電比容量的一半約為??１４０?ｍＡｈ?ｇ＿ｌ［２１］。ＬｉＣｏ０２的結(jié)構(gòu)特性就直接決定了以ＬｉＣｏ〇２為正極的鋰離子??電池的能量密度不高，工作電壓有限等特點。為了滿足對高放電比能量、高??安全性、低成本的追求，新型正極材料的開發(fā)與研究越來越重要，理想中的??－４－??

‘?｜?��？?＾??Ｗ?＾?ｆｃｆｅ．??？攀?ｆ＇Ｔ議’？?？？??圖２－３?ＬｉＣｏ〇２結(jié)構(gòu)示意圖１２３１??２．２．２層狀結(jié)構(gòu)ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｕｘ－ｙＯｚ鋰離子電池正極材料??１＾１１等［３４］和％吐丨〇等［３５］首次合成了具有Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ三元素的層狀正極??材料?ＬｉＮｉｘＭｎｙＣ〇ｉ－ｘ－ｙ〇２?（〇＜ｘ，?ｙ＜ｌ，ｘ＋ｙ＜ｌ）。三元素材料的結(jié)構(gòu)與?ＬｉＣｏ〇２??類似，具有ａ－ＮａＦｅ０２層狀結(jié)構(gòu)，屬于六方晶系，Ｒ－３ｍ空間群，其中，氧原??子呈立方密堆積排列，Ｌｉ＋和過渡金屬離子交替占據(jù)氧原子堆積形成的八面體??３ａ和３ｂ位置，氧原子占據(jù)６ｃ位置。ＬｉＮｉｘＭｎｙＣ〇ＮＸ－ｙ〇２材料的比容量與其組??分有關(guān)，一般而言其放電比容量隨Ｎｉ含量的增加而增大，如圖２－４?（ａ）所示??［３６］。２００１年，Ｏｈｚｕｋｕ等［３７］人首次提出并利用固相法合成了?Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ比??例為１：１：１的二兀素正極材料ＬｉＮｉｉ／３Ｃ〇ｉ／３Ｍｎｉ／３〇２，此類材料可以看成是由??ＵＣ０Ｏ２、ＬｉＮｉ０２和ＬｉＭｎ０２三者構(gòu)成的固溶體


本文編號：3580022