本文關(guān)鍵詞：提高三元正極材料高電壓下電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 Li-Ni-Co-Mn-O正極材料 高電壓 電解液 包覆

【摘要】：鋰離子電池Li-Ni-Co-Mn-O三元正極材料,具有高比容量、良好的循環(huán)性能、安全性好和對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn),逐漸受到人們的重視,有望成為未來(lái)鋰離子電池主流正極材料之一。隨著人們對(duì)高能量密度的要求,提高正極材料的工作電壓成為一種重要手段。然而,在高工作電壓下,三元材料的循環(huán)性能、倍率性能等電化學(xué)性能會(huì)變差,提高三元材料在高電壓下的電化學(xué)性能,具有十分重要的意義。本實(shí)驗(yàn)以Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2和Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2兩種三元材料為研究重點(diǎn),通過(guò)電解液改性和材料的包覆改性,提高材料在高電壓(4.7V)下的電化學(xué)性能。綜合運(yùn)用了掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能譜(EDS)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)等表征手段,對(duì)改性材料進(jìn)行物性表征,采用循環(huán)伏安法(CV)、交流阻抗(EIS)以及恒流充放電等分析方法,研究材料電化學(xué)性能改善情況。以Li2CO3作為添加劑,改性現(xiàn)有電解液,研究電解液對(duì)Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2材料在高電壓下電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)添加量為2 wt.%時(shí),材料表現(xiàn)出最佳循環(huán)性能,在2.8V~4.7V電壓區(qū)間內(nèi),0.2C情況下,循環(huán)充放電50周后,放電比容量仍有171.2 mAh/g,容量保持率為81.21%,當(dāng)使用不含添加劑的電解液時(shí),50周后材料的放電比容量為156.2 mAh/g,容量保持率僅為73.75%。當(dāng)Li2SiO3作為添加劑,添加量為0.3 wt.%時(shí),材料表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能,循環(huán)充放電70周后,放電比容量達(dá)到172.7 mAh/g,容量保持率為79.73%。研究包覆改性對(duì)Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2材料在高電壓下電化學(xué)性能的影響。通過(guò)液相包覆的方法,依次在Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2材料表面包覆AlF3和MgF2,形成復(fù)合包覆層,當(dāng)AlF3和MgF2包覆量分別為1wt.%時(shí),在2.8V~4.7V電壓區(qū)間內(nèi),0.2C情況下,充放電95周后,放電比容量為177.6 mAh/g,容量保持率達(dá)到79.21%,而未包覆材料放電比容量?jī)H為130.3 mAh/g,容量保持率為59.51%。對(duì)材料進(jìn)行倍率性能研究,在0.2C,0.5C,1C,2C,5C條件下,依次連續(xù)充放電10周,5C時(shí),放電比容量達(dá)到114.5 mAh/g。因此,復(fù)合包覆后,材料在高電壓下的電化學(xué)性能得到了提高。以AlF3和MgF2作為包覆物,研究包覆改性對(duì)Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2材料在高電壓下電化學(xué)性能的影響。2.8V~4.7V電壓區(qū)間內(nèi),0.5C條件下,對(duì)不同包覆物、不同包覆量的包覆后材料進(jìn)行研究。單層包覆AlF3,包覆量為0.5%時(shí),材料的循環(huán)性能得到較好的改善效果,循環(huán)充放電100周后,放電比容量達(dá)到155.2 mAh/g,容量保持率為73.45%。單層包覆MgF2,包覆量為0.5%時(shí),100周循環(huán)后放電比容量為151.3mAh/g,容量保持率為70.53%。雙層復(fù)合包覆綜合了單層包覆的優(yōu)勢(shì),表現(xiàn)出最佳的包覆效果,當(dāng)AlF3和MgF2的包覆量均為0.5%時(shí),材料的循環(huán)性能和倍率性能都得到了提高,100周后,放電比容量為164.4 mAh/g,相對(duì)未包覆材料提升了47.5 mAh/g,容量保持率為75.56%,相對(duì)未包覆材料提升了19.57%。在0.2C,0.5C,1C,2C,5C條件下,依次連續(xù)充放電10周,5C下放電比容量達(dá)到106.7 mAh/g。綜上所述,電解液改性和材料包覆改性,有效地抑制了高電壓下電解液的氧化分解及對(duì)活性材料的腐蝕、活性材料與電解液間的副反應(yīng),減少了過(guò)渡金屬離子的溶出,有利于維持材料結(jié)構(gòu)的完整性,提高材料在高電壓下電化學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 Li-Ni-Co-Mn-O正極材料 高電壓 電解液 包覆
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 鋰離子電池簡(jiǎn)介12-22
• 1.2.1 鋰離子電池工作原理12-13
• 1.2.2 鋰離子電池正極材料13-15
• 1.2.3 Li-Ni-Co-Mn-O正極材料15-20
• 1.2.4 鋰離子電池電解液20-22
• 1.3 本論文的選題背景和研究?jī)?nèi)容22-24
• 第2章 實(shí)驗(yàn)原料、儀器及實(shí)驗(yàn)方法24-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)研究方法26-30
• 2.3.1 材料物性表征26-27
• 2.3.2 電極片制備與電池裝配27
• 2.3.3 材料的電化學(xué)性能測(cè)試27-30
• 第3章 電解液改性提高三元材料在高電壓下的電化學(xué)性能30-38
• 3.1 Li_2CO_3作為添加劑對(duì)Li[Ni_(_(1/3))Co_(1/3)Mn_(1/3)]O_2高電壓下電化學(xué)性能影響30-34
• 3.1.1 充放電循環(huán)性能研究30-32
• 3.1.2 交流阻抗分析32
• 3.1.3 掃描電子顯微鏡（SEM）分析32-34
• 3.2 Li_2SiO_3作為添加劑對(duì)Li[Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)]O_2高電壓下電化學(xué)性能影響34-37
• 3.2.1 充放電循環(huán)性能研究34-35
• 3.2.2 循環(huán)伏安分析35-36
• 3.2.3 交流阻抗分析36-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第4章 Li[Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)]O_2材料包覆改性38-52
• 4.1 Li[Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)]O_2材料的包覆工藝及物性表征38-41
• 4.2 電化學(xué)性能研究41-50
• 4.3 本章小結(jié)50-52
• 第5章 Li[Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)]O_2材料包覆改性52-67
• 5.1 Li[Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)]O_2材料不同電壓下電化學(xué)性能分析及包覆工藝52-54
• 5.2 AlF_3包覆Li[Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)]O_2材料研究54-57
• 5.2.1 包覆產(chǎn)物物性表征54-56
• 5.2.2 電化學(xué)性能研究56-57
• 5.3 MgF2包覆Li[Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)]O_2材料研究57-59
• 5.3.1 包覆產(chǎn)物物性表征57-58
• 5.3.2 電化學(xué)性能研究58-59
• 5.4 AlF3和MgF2雙層包覆Li[Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)]O_2材料研究59-64
• 5.4.1 包覆產(chǎn)物物性表征59-60
• 5.4.2 電化學(xué)性能研究60-64
• 5.5 綜合分析64-65
• 5.6 本章小結(jié)65-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單77-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 沙鷗;趙敏壽;翟靜;張麗;王丹丹;;鋰離子電池新型正極材料LiFePO_4的研究進(jìn)展[J];稀有金屬材料與工程;2009年11期

2 劉水香;張海朗;;Cl摻雜對(duì)LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正極材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響[J];稀有金屬材料與工程;2013年S2期

3 傅春燕;;Synthesis and Electrochemical Properties of Mg-doped LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2 Cathode Materials for Li-ion Battery[J];Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition);2011年02期

4 李節(jié)賓;徐友龍;熊禮龍;王景平;;納米MgO摻雜改善LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正極材料[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2011年11期

5 張海朗;周彤;;新型層狀Li-Co-Ni-Mn-O鋰離子電池正極材料的研究評(píng)述[J];現(xiàn)代化工;2006年S1期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 廖祥飛;磷酸亞鐵鋰/硬碳鋰離子電池的工藝及電化學(xué)性能研究[D];南昌大學(xué);2011年

，

本文編號(hào)：1008636