本文關(guān)鍵詞：富錳鋰離子電池三元正極材料Li-Fe-Ni-Mn-O的制備與改性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池具有較為廣泛的適用性,近年來(lái)得到了大范圍的研究。鋰離子電池各個(gè)組分中正極材料由于比容量較低成本較高成為限制鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前為止,含Co鋰離子層狀正極材料在鋰離子電池正極材料市場(chǎng)中仍占有舉足輕重的地位。隨著Co元素儲(chǔ)量的逐漸降低造成的Co元素價(jià)格的不斷提高,將會(huì)使得鋰離子電池正極材料的成本大幅度攀升。采用廉價(jià)環(huán)保的Fe元素替代Co元素對(duì)降低鋰離子電池正極材料的成本具有重要意義。此外,提高層狀材料中Mn元素的含量能夠提高材料在高電位條件下的放電比容量以及循環(huán)穩(wěn)定性,因此,提高層狀材料中的Mn元素含量具有一定的實(shí)際意義�；谏鲜瞿康�,本實(shí)驗(yàn)以溶膠凝膠法制備了富錳Li-Fe-Ni-Mn-O材料,通過(guò)對(duì)溶膠凝膠法過(guò)程中的溶液pH以及鋰鹽與過(guò)渡金屬鹽的比例等工藝參數(shù)的優(yōu)化得到了最優(yōu)的合成工藝參數(shù),即調(diào)節(jié)溶液的pH為4,鋰鹽與過(guò)渡金屬的配比為1.1:0.9可以得到最優(yōu)的放電比容量。為了提高材料在高電壓下的穩(wěn)定性以及材料的熱穩(wěn)定性。將最優(yōu)工藝條件下制備的富錳Li-Fe-Ni-Mn-O材料進(jìn)行ZnO、CuO以及Al2O3材料的后續(xù)包覆。結(jié)果表明,采用后續(xù)包覆的方法并沒(méi)有改變材料的晶體結(jié)構(gòu),除ZnO包覆的材料對(duì)材料的微觀形貌有著較大的影響外,其他氧化物包覆層對(duì)材料微觀形貌影響較小。電化學(xué)性能方面所有的包覆層均對(duì)材料的循環(huán)穩(wěn)定性以及高溫下穩(wěn)定性有著一定的貢獻(xiàn)。為了探究包覆層對(duì)材料穩(wěn)定性的影響,對(duì)不同包覆層的材料進(jìn)行不同電位下的電化學(xué)阻抗譜測(cè)試,可得金屬氧化物包覆層抑制了材料在高電位下中高頻弧阻抗值的增加,穩(wěn)定了電極-電解液界面。此外,ZnO包覆的材料因?yàn)檩^高的電子電導(dǎo)率在小倍率循環(huán)時(shí)未出現(xiàn)活化現(xiàn)象,其他包覆層由于電子電導(dǎo)率相對(duì)較差出現(xiàn)了不同程度的活化現(xiàn)象,但隨著活化的完成并未影響材料的放電比容量。采用一定量的金屬氧化物包覆對(duì)材料進(jìn)行包覆能夠提高材料在大電流條件下的放電比容量,其中包覆1mass%Zn O、1mass%CuO、3mass%CuO以及1mass%Al2O3材料在1000mA/g的充放電電流下具有較高的放電比容量,放電比容量分別為71.7mAh/g、77.7mAh/g、70.3mAh/g以及70.0mAh/g,均高于未包覆的材料。為了抑制富錳Li-Fe-Ni-Mn-O材料中雜相的生成以及提高材料中鋰離子的擴(kuò)散速率,分別對(duì)材料進(jìn)行了Al元素替代Mn元素、Al元素替代Fe元素以及Na元素替代Li元素等摻雜改性。其中,Al元素替代Mn元素對(duì)材料的雜相的抑制作用并不是特別明顯,且Al元素對(duì)材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)要弱于Mn元素,因而采用Al元素替代Mn元素后雖然提高了材料的初始放電比容量但是損害了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。采用Al元素替代Fe元素能夠顯著抑制材料中的雜相,只有當(dāng)Al元素的替代量超過(guò)一半后才能夠表現(xiàn)出較好的放電比容量,其中Al的替代量為0.15時(shí)具有較好的放電比容量以及倍率性能,結(jié)合不同電位下的Nyquist圖以及Bode圖的解析可得0.15替代量Al元素替代Fe元素后能夠提高材料的電導(dǎo)率同時(shí)抑制固態(tài)電解質(zhì)(SEI)膜的生成。采用Na元素替代Li元素在較少替代量的時(shí)候能夠促進(jìn)材料的晶格發(fā)育,當(dāng)替代量較高時(shí)材料中會(huì)出現(xiàn)新的雜相。采用Na元素替代后材料在大電流條件下的放電比容量要明顯優(yōu)于未替代的材料。為了探究原因,通過(guò)采用恒電流間歇滴定技術(shù)計(jì)算得到的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)可得,Na元素替代確實(shí)能夠提高材料中鋰離子的擴(kuò)散系數(shù),從而使得材料具有較高的大電流條件下的放電比容量。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池正極材料 Li-Fe-Ni-Mn-O 金屬氧化物包覆 離子摻雜 電化學(xué)阻抗譜
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 課題背景及研究的目的意義11-12
• 1.2 鋰離子電池發(fā)展簡(jiǎn)史及其技術(shù)原理12-13
• 1.2.1 鋰離子電池發(fā)展簡(jiǎn)史12-13
• 1.2.2 鋰離子電池技術(shù)原理13
• 1.3 鋰離子電池正極材料概述13-17
• 1.3.1 層狀結(jié)構(gòu)化合物(LiMO2)14
• 1.3.2 尖晶石結(jié)構(gòu)化合物(LiM2O4)14-15
• 1.3.3 橄欖石結(jié)構(gòu)化合物(LiMPO4)15-16
• 1.3.4 其他類型的正極材料16-17
• 1.3.5 不同類別正極材料的比較17
• 1.4 層狀結(jié)構(gòu)正極材料研究現(xiàn)狀17-21
• 1.4.1 層狀材料的富鋰化改性18
• 1.4.2 層狀材料的包覆改性18-19
• 1.4.3 層狀材料的摻雜改性19-20
• 1.4.4 新型層狀材料的研究20-21
• 1.5 課題的主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法22-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及材料22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備23-24
• 2.3 物理性質(zhì)分析測(cè)試手段24-25
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡與能量色散X射線光譜分析24
• 2.3.2 X射線衍射分析24
• 2.3.3 熱重分析24
• 2.3.4 比表面積分析24-25
• 2.4 電極的制備與電池組裝25-26
• 2.4.1 活性物質(zhì)的制備25-26
• 2.4.2 電極的制備26
• 2.4.3 電池的組裝26
• 2.5 電化學(xué)性能測(cè)試手段26-29
• 2.5.1 充放電性能測(cè)試26-27
• 2.5.2 電化學(xué)阻抗譜(EIS)測(cè)試27-28
• 2.5.3 恒電流間歇滴定測(cè)試(GITT)28-29
• 第3章 富錳Li-Fe-Ni-Mn-O材料的制備工藝研究29-52
• 3.1 引言29
• 3.2 pH對(duì)溶膠凝膠法制備富錳Li-Fe-Ni-Mn-O材料的影響29-36
• 3.2.1 pH對(duì)水浴過(guò)程以及溶膠-凝膠過(guò)程的影響29-31
• 3.2.2 不同pH值合成的材料微觀形貌表征31-32
• 3.2.3 不同pH值合成的材料微觀結(jié)構(gòu)表征32-33
• 3.2.4 不同pH合成的材料電化學(xué)性能比較33-36
• 3.3 鋰鹽與過(guò)渡金屬鹽配比對(duì)材料的影響36-41
• 3.3.1 不同鋰鹽與過(guò)渡金屬鹽配比合成的材料微觀形貌表征36
• 3.3.2 不同鋰鹽與過(guò)渡金屬鹽配比合成的材料微觀結(jié)構(gòu)表征36-39
• 3.3.3 不同鋰鹽與過(guò)渡金屬鹽配比合成的材料電化學(xué)性能比較39-41
• 3.4 不同合成方法對(duì)材料的影響41-50
• 3.4.1 不同合成方法合成的材料微觀形貌表征43
• 3.4.2 不同合成方法合成的材料微觀結(jié)構(gòu)表征43-45
• 3.4.3 不同合成方法合成的材料電化學(xué)性能比較45-47
• 3.4.4 電化學(xué)阻抗譜解析不同制備方法對(duì)材料性能影響的原因47-50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 第4章 富錳Li-Fe-Ni-Mn-O材料的包覆改性研究52-80
• 4.1 引言52
• 4.2 ZnO包覆對(duì)材料性能的影響52-61
• 4.2.1 不同ZnO含量包覆的材料微觀形貌表征52-54
• 4.2.2 不同ZnO含量包覆的材料微觀結(jié)構(gòu)表征54-56
• 4.2.3 不同ZnO含量包覆的材料電化學(xué)性能比較56-59
• 4.2.4 電化學(xué)阻抗譜解析ZnO包覆對(duì)材料性能影響的原因59-61
• 4.3 CuO包覆對(duì)材料性能的影響61-70
• 4.3.1 不同CuO含量包覆的材料微觀形貌表征61-63
• 4.3.2 不同CuO含量包覆的材料微觀結(jié)構(gòu)表征63-65
• 4.3.3 不同CuO含量包覆的材料電化學(xué)性能比較65-68
• 4.3.4 電化學(xué)阻抗譜解析CuO包覆對(duì)材料性能影響的原因68-70
• 4.4 Al_2O_3包覆對(duì)材料性能的影響70-78
• 4.4.1 不同Al_2O_3含量包覆的材料微觀形貌表征71-72
• 4.4.2 不同Al_2O_3含量包覆的材料微觀結(jié)構(gòu)表征72-73
• 4.4.3 不同Al_2O_3含量包覆的材料電化學(xué)性能比較73-76
• 4.4.4 電化學(xué)阻抗譜解析Al_2O_3包覆對(duì)材料性能影響的原因76-78
• 4.5 本章小結(jié)78-80
• 第5章 富錳Li-Fe-Ni-Mn-O材料的摻雜改性研究80-107
• 5.1 引言80
• 5.2 Al替代Mn對(duì)富錳Li-Fe-Ni-Mn-O材料的影響80-85
• 5.2.1 不同含量Al替代Mn的材料微觀形貌表征80-82
• 5.2.2 不同含量Al替代Mn的材料微觀結(jié)構(gòu)表征82-83
• 5.2.3 不同含量Al替代Mn的材料電化學(xué)性能比較83-85
• 5.3 Al替代Fe對(duì)富錳Li-Fe-Ni-Mn-O材料的影響85-96
• 5.3.1 不同含量Al替代Fe的材料微觀形貌表征85-88
• 5.3.2 不同含量Al替代Fe的材料微觀結(jié)構(gòu)表征88-89
• 5.3.3 不同含量Al替代Fe的材料電化學(xué)性能比較89-91
• 5.3.4 電化學(xué)阻抗解析部分Al替代Fe對(duì)材料性能影響的原因91-96
• 5.4 Na替代Li對(duì)富錳Li-Fe-Ni-Mn-O材料的影響96-105
• 5.4.1 不同含量Na替代Li的材料微觀形貌表征96-98
• 5.4.2 不同含量Na替代Li的材料微觀結(jié)構(gòu)表征98-100
• 5.4.3 不同含量Na替代Li的材料電化學(xué)性能比較100-105
• 5.5 本章小結(jié)105-107
• 結(jié)論107-109
• 參考文獻(xiàn)109-117
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果117-119
• 致謝119

  本文關(guān)鍵詞：富錳鋰離子電池三元正極材料Li-Fe-Ni-Mn-O的制備與改性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號(hào)：442678