本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池鈷酸鋰正極的濺射包覆研究

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【摘要】：日趨嚴(yán)峻的能源危機及人類生存環(huán)境的惡化迫使各國加快尋找可再生能源替代化石能源,而如何存儲這些可再生能源產(chǎn)生的電能成為能源領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題�；瘜W(xué)能是最高效的能量存儲方式之一,電化學(xué)儲能電池—鋰離子電池因其高效率、高能量密度等眾多優(yōu)勢,受到消費電子及電動汽車領(lǐng)域的青睞。作為最早商業(yè)化的鋰離子電池正極材料,層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO_2因其低截止電位(4.2 V,vs.Li/Li+)下優(yōu)異的電化學(xué)性能,依然占據(jù)著鋰離子電池正極材料市場的大量份額。為滿足未來對正極材料高能量密度的要求,拓展LiCoO_2的充電截止電位(4.2 V以上)是提高其能量密度的主要手段,然而其高截止電位下存在容量快速衰減、高溫性能差等問題。針對這些問題,本文采用射頻磁控濺射技術(shù)對LiCoO_2電極實現(xiàn)整體包覆,并對包覆的電極進行了一系列材料表征及電化學(xué)性能研究,研究內(nèi)容如下:(1)采用化學(xué)穩(wěn)定性好、離子電導(dǎo)率高的Li_3PO_4作為濺射靶材,首次在LiCoO_2電極表面沉積了一層非晶態(tài)的Li_3PO_4薄膜。研究了Li_3PO_4薄膜對LiCoO_2電極表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。SEM及XRD研究發(fā)現(xiàn)Li_3PO_4包覆層改變了電極表面形貌,包覆后LiCoO_2的晶體結(jié)構(gòu)沒有變化。電化學(xué)測試表明Li_3PO_4包覆后,極大提高了LiCoO_2電極室溫及高溫50℃的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。包覆60 nm Li_3PO_4的電極,充電截止電位為4.5 V,1 C倍率高溫(50℃)循環(huán)100周后放電容量達140 mAh g-1,容量保持率達78.2%,已接近室溫循環(huán)性能(146 mAh g-1、79.3%);50℃倍率測試中,12 C條件下放電容量高達137 mAh g-1,高于室溫的情況(127 mAh g-1)。(2)濺射二氧化鈦(TiO_2)對LiCoO_2電極實現(xiàn)包覆,研究了TiO_2薄膜對LiCoO_2電極表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。材料表征分析發(fā)現(xiàn)Li CoO_2電極表面的TiO_2包覆層為納米顆粒構(gòu)成的連續(xù)網(wǎng)狀膜。電化學(xué)測試表明TiO_2包覆的LiCoO_2電極室溫循環(huán)性能良好,濺射包覆5 min的電極在3-4.5 V、1 C倍率下循環(huán)100周后,放電容量達154 mAh g-1,保持率達到84%,高于Li_3PO_4包覆LiCoO_2電極室溫的容量及保持率,但其高溫(50℃)的循環(huán)性能卻未獲明顯改善。(3)研究了具有氧缺陷的二氧化鈦(TiO_(1.8))作為濺射靶材,包覆層對LiCoO_2電極電化學(xué)性能的影響。電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)氧缺陷二氧化鈦包覆后,電極的室溫循環(huán)性能得到極大提高,濺射包覆5 min的LiCoO_2電極,充電截止電位為4.5 V,1 C循環(huán)100周后放電容量高達160 mAh g-1,容量保持率達86%,高于之前TiO_2包覆電極的最高容量保持率(84%),當(dāng)倍率達到最高10 C時,其放電容量達109 mAh g-1,較LCO-bare電極有巨大的提升,也優(yōu)于TiO_2包覆的電極。充電截止電位提高至4.7 V,TiO_(1.8)包覆后,并未明顯改善LiCoO_2電極高電位下的循環(huán)性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 鈷酸鋰 磁控濺射 電極包覆 高溫性能
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 研究背景與意義11
• 1.2 鋰離子電池概述11-13
• 1.2.1 鋰離子電池工作原理11-12
• 1.2.2 鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀12
• 1.2.3 鋰離子電池特點12-13
• 1.3 鋰離子電池正極材料13-20
• 1.3.1 層狀結(jié)構(gòu)的LiNi O_214-15
• 1.3.2 尖晶石結(jié)構(gòu)的Li Mn2O_415
• 1.3.3 橄欖石結(jié)構(gòu)的Li FePO_415-16
• 1.3.4 LiNi_(1-x-y)Co_xMn_yO_2三元材料16-17
• 1.3.5 層狀結(jié)構(gòu)的LiCo O_217-20
• 1.4 本論文研究思路、論文結(jié)構(gòu)安排與創(chuàng)新工作20-22
• 1.4.1 本論文研究思路20-21
• 1.4.2 本論文結(jié)構(gòu)安排21
• 1.4.3 本論文的創(chuàng)新工作21-22
• 第二章 實驗方法與表征手段22-30
• 2.1 主要試劑及實驗儀器22-23
• 2.2 材料表征方法23-25
• 2.3 磁控濺射技術(shù)25-26
• 2.4 電極制備及電池組裝26-28
• 2.5 電化學(xué)性能測試28-30
• 第三章 Li_3PO_4包覆Li CoO_2電極的研究30-42
• 3.1 Li_3PO_4包覆LiCoO_2電極的實驗30-31
• 3.2 材料分析表征結(jié)果與討論31-33
• 3.2.1 Li_3PO_4包覆LiCo O_2電極的形貌特征31-32
• 3.2.2 Li_3PO_4包覆層對LiCoO_2電極結(jié)構(gòu)的影響32-33
• 3.3 電化學(xué)性能測試結(jié)果與討論33-41
• 3.3.1 Li_3PO_4包覆LiCo O_2電極的恒流充放電測試33-37
• 3.3.2 Li_3PO_4包覆LiCo O_2電極的交流阻抗譜測試37-39
• 3.3.3 Li_3PO_4包覆LiCo O_2電極的CV測試39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 二氧化鈦(TiO_2)包覆LiCoO_2電極的研究42-54
• 4.1 二氧化鈦(TiO_2)包覆LiCoO_2電極的實驗42-43
• 4.2 材料分析表征結(jié)果與討論43-45
• 4.2.1 二氧化鈦(TiO_2)包覆LiCoO_2電極的形貌特征43-44
• 4.2.2 二氧化鈦(TiO_2)包覆層對LiCoO_2電極結(jié)構(gòu)的影響44-45
• 4.3 電化學(xué)性能測試結(jié)果與討論45-52
• 4.3.1 二氧化鈦(TiO_2)包覆LiCoO_2電極的恒流充放電測試45-50
• 4.3.2 二氧化鈦(TiO_2)包覆LiCoO_2電極的交流阻抗譜測試50-51
• 4.3.3 二氧化鈦(TiO_2)包覆LiCoO_2電極的CV測試51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 第五章 氧缺陷二氧化鈦(TiO_(1.8))包覆LiCoO_2電極的研究54-62
• 5.1 二氧化鈦(TiO_(1.8))包覆LiCoO_2電極的實驗54
• 5.2 二氧化鈦(TiO_(1.8))包覆層對LiCoO_2電極結(jié)構(gòu)的影響54-55
• 5.3 二氧化鈦(TiO_(1.8))包覆LiCoO_2電極的恒流充放電測試55-60
• 5.4 本章小結(jié)60-62
• 第六章 結(jié)論與展望62-65
• 6.1 結(jié)論62-63
• 6.2 展望63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-72
• 攻讀碩士期間取得的研究成果72-73

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