近年來,新能源汽車進(jìn)入了快速發(fā)展軌道,其核心部件的鋰離子電池正極材料成為解決“里程焦慮”的最大貢獻(xiàn)者,其中大容量的富鎳正極材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(簡稱NCA,下同)備受青睞。然而,NCA的循環(huán)容量衰減問題和安全性問題一直是限制其推廣的主要原因。本文從材料設(shè)計(jì)到衰減機(jī)理,針對NCA循環(huán)容量衰減問題進(jìn)行研究。通過共沉淀方法合成具有振實(shí)密度高,形貌規(guī)則,粒徑分布均勻的球形NC前驅(qū)體,并探討了共沉淀工藝對前驅(qū)體結(jié)構(gòu)、形貌、振實(shí)密度和粒徑分布的影響。結(jié)果表明:前驅(qū)體及正極材料的結(jié)晶度和振實(shí)密度隨p H值和絡(luò)合劑濃度的提高而先增大后減小,隨進(jìn)料量和攪拌速度的增大而增大。系統(tǒng)優(yōu)化了固相燒結(jié)工藝,制備了離子混排少、循環(huán)性能好的正極材料,研究了各工藝參數(shù)(預(yù)燒溫度、預(yù)燒時(shí)間、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、配鋰量及氧氣流速)對正極材料結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響,明確了“工藝-結(jié)構(gòu)-性能”之間的內(nèi)在關(guān)系。結(jié)果表明:LiNi0.8Co0.15Al0.05O2結(jié)晶度隨著預(yù)燒溫度和燒結(jié)溫度的提高、預(yù)燒時(shí)間和燒結(jié)時(shí)間的延長而先增大后減小,陽離子混排隨著預(yù)燒溫度和燒結(jié)溫度的提高、預(yù)燒時(shí)間和燒結(jié)時(shí)間的延...

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 鋰離子電池概述
        1.2.1 鋰離子電池組成結(jié)構(gòu)與原理
        1.2.2 鋰離子電池正極材料
    1.3 層狀富鎳材料體系
        1.3.1 結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機(jī)理
        1.3.2 富鎳材料的問題與挑戰(zhàn)
        1.3.3 富鎳材料改性研究進(jìn)展
        1.3.4 其他挑戰(zhàn)
    1.4 研究的目的及意義
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法
    2.1 主要化學(xué)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器
        2.1.1 主要化學(xué)試劑
        2.1.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 材料制備方法及過程
        2.2.1 共沉淀法合成氫氧化鎳鈷前驅(qū)體
        2.2.2 固相燒結(jié)制備正極材料
    2.3 材料的結(jié)構(gòu)、組成與形貌
        2.3.1 X射線衍射(常規(guī)與Rietveld精修)
        2.3.2 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)表征
        2.3.3 X射線光電子能譜(XPS)表征
        2.3.4 熱重(TG-DSC)表征
        2.3.5 掃描電子顯微鏡成像(SEM)觀察
        2.3.6 透射電子顯微鏡成像(TEM)觀察
        2.3.7 粉末材料振實(shí)密度測試
        2.3.8 粒度分布測試
    2.4 扣式電池電化學(xué)性能測試
        2.4.1 電池的組裝
        2.4.2 電化學(xué)性能測試
第3章 高振實(shí)LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂前驅(qū)體合成研究
    3.1 引言
    3.2 共沉淀法合成氫氧化鎳鈷前驅(qū)體的工藝研究
        3.2.1 合成工藝對結(jié)構(gòu)的影響
        3.2.2 合成工藝對前驅(qū)體及正極材料形貌的影響
        3.2.3 合成工藝對振實(shí)密度的影響
    3.3 本章小結(jié)
第4章 燒結(jié)工藝對LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂性能的影響研究
    4.1 引言
    4.2 LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂燒結(jié)工藝優(yōu)化
        4.2.1 LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂燒結(jié)程序的確定
        4.2.2 預(yù)燒溫度對LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂結(jié)構(gòu)和性能的影響
        4.2.3 預(yù)燒時(shí)間對LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂結(jié)構(gòu)和性能的影響
        4.2.4 燒結(jié)溫度對LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂結(jié)構(gòu)和性能的影響
        4.2.5 燒結(jié)時(shí)間對LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂結(jié)構(gòu)和性能的影響
    4.3 配鋰量優(yōu)化
    4.4 氧氣流速優(yōu)化及對電化學(xué)性能的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂修飾及摻雜改性研究
    5.1 引言
    5.2 鈦摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂研究
        5.2.1 鈦摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂結(jié)構(gòu)與形貌觀察
        5.2.2 鈦摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂電化學(xué)性能測試研究
    5.3 鈮摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂研究
        5.3.1 鈮摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂結(jié)構(gòu)與形貌觀察
        5.3.2 鈮摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂電化學(xué)性能測試
    5.4 氟摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂研究
        5.4.1 氟摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂結(jié)構(gòu)與形貌觀察
        5.4.2 氟摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂電化學(xué)性能測試
    5.5 鈰摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂研究
        5.5.1 鈰摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂結(jié)構(gòu)與形貌觀察
        5.5.2 鈰摻雜LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂電化學(xué)性能測試
    5.6 本章小結(jié)
第6章 LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂-LiMn₂O₄復(fù)合電極體系研究
    6.1 引言
    6.2 鋁摻雜亞微晶LiMn₂O₄制備與性能研究
        6.2.0 燒結(jié)溫度對LiMn₂O₄結(jié)構(gòu)及性能的影響
        6.2.1 燒結(jié)時(shí)間對LiMn₂O₄材料結(jié)構(gòu)的影響
        6.2.2 燒結(jié)時(shí)間對LiMn₂O₄電化學(xué)性質(zhì)的影響
        6.2.3 鋁摻雜LiMn₂O₄研究
    6.3 LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂-LiMn₂O₄復(fù)合電極體系研究
        6.3.1 復(fù)合電極物理性質(zhì)表征
        6.3.2 混合比例對電化學(xué)性能的影響
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
創(chuàng)新點(diǎn)
展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個(gè)人簡歷



本文編號：3946895