本文關(guān)鍵詞：富鋰型鋰電池正極材料的自蔓延法制備及其電化學(xué)性能

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【摘要】：鋰離子電池的應(yīng)用越來越廣泛,人們對鋰電材料提出來更高的要求:高容量、高安全性、更好的循環(huán)性、倍率性和更低的成本等。而目前市場上的正極材料并不能滿足市場的要求,鋰離子電池正極材料成為鋰電池大規(guī)模商業(yè)化的瓶頸,因此新型的鋰電正極材料吸引越來越多研究者的注意。在這種背景下,鋰離子電池富鋰層狀材料因具較高的比容量、較高的工作電壓平臺等特點引起了眾多研究者的注意。雖富鋰層狀材料在混合動力汽車及其他方面具有廣闊的應(yīng)用前景,但是其材料本身存在一些不足:較大的首圈不可逆損失、倍率性能較差、循環(huán)性衰減等,影響了其實際商業(yè)化進程。鑒于鋰電池富鋰層狀材料的以上特點,本文對其進行了以下研究:一、自蔓延燃燒法制備富鋰x Li2Mn O3·(1-x)Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2(x=0.4,0.5,0.6)正極材料,探討了x的值、燒結(jié)溫度對于材料的形貌和電化學(xué)性能的影響。本實驗利用XRD、SEM、Zview擬合、比表面及粒徑分析等測試技術(shù)對材料的物相結(jié)構(gòu)和微觀形貌進行了表征,并探討了材料對其電化學(xué)性能的影響。通過XRD分析結(jié)果表明,樣品均為純相的層狀結(jié)構(gòu),SEM和粒徑分析發(fā)現(xiàn)材料的粒徑尺寸大小約為200nm,充放電測試結(jié)果顯示:自蔓延燃燒法制備的富鋰正極材料具有較好的電化學(xué)性能,0.6Li2Mn O3·0.4Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2的首圈放電容量為255m Ah/g,經(jīng)過100圈充放電后,其容量保持率為84%,在2.3~4.8V、0.1C的充放電條件下。二、材料的形貌和粒徑對于其電化學(xué)性能具有很大影響,為了更好的控制材料的形貌和顆粒尺寸,本文通過控制自蔓延燒結(jié)時的氣氛和添加分散劑PVP以達到控制富鋰層狀正極材料形貌和顆粒尺寸的目的,并制備富鋰層狀材料0.6Li2Mn O3·0.4Li Ni0.7Mn0.3O2,系統(tǒng)的探討了:(1)在空氣中自蔓延、添加分散劑后在空氣中自蔓延,以及添加分散劑后在氧/氮混合氣氛下自蔓延,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):添加分散劑在空氣中自蔓延的材料電化學(xué)性能最佳。(2)為了得到更好電化學(xué)性能的富鋰層狀正極材料,對金屬鹽的混合溶液進行減壓蒸餾,研究發(fā)現(xiàn)減壓蒸餾后的材料電化學(xué)性能有相應(yīng)的提高。并對所制備的富鋰0.6Li2Mn O3·0.4Li Ni0.7Mn0.3O2正極材料進行了XRD、SEM分析等的測試。研究發(fā)現(xiàn)添加分散劑后對材料的團聚起到好的控制作用。三、基于富鋰層狀材料的倍率性較差和首圈庫侖效率偏低的情況下,本文對富鋰0.6Li2Mn O3·0.4Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2材料進行了包覆,(1)Li2Zr O3包覆:自蔓延制備的富鋰材料高溫?zé)Y(jié)后進行Li2Zr O3的包覆,系統(tǒng)考察了包覆量對富鋰材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。測試結(jié)果表明,通過Li2Zr O3包覆的富鋰正極材料的倍率性能有了顯著提升,尤其在大倍率下,并對其原因作了進一步的探討。四、為了研究不同包覆物對于富鋰正極材料電化學(xué)性能的影響,我們對其進行了Al F3的包覆,Al F3包覆:包覆方法同Li2Zr O3的包覆,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)包覆量為2%時材料的循環(huán)性最好,其倍率性比純樣有顯著提高,并對其原因作了探討。對電池進行了高溫測試,在55℃下材料仍具有較好的電化學(xué)性能。本文探討了富鋰層狀正極材料自蔓延制備的工藝,結(jié)構(gòu)形貌特征與其電化學(xué)性能的關(guān)系,為我們以后關(guān)于富鋰層狀材料的應(yīng)用研究和理論指導(dǎo)提供了依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 富鋰正極材料 自蔓延制備方法 包覆改性 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 變量注釋表16-17
• 1 緒論17-29
• 1.1 前言17
• 1.2 鋰離子電池概述17-20
• 1.3 鋰離子電池正極材料的研究進展20-24
• 1.4 富鋰層狀正極材料的研究進展24-27
• 1.5 本論文研究意義及內(nèi)容27-29
• 2 實驗材料與實驗方法29-34
• 2.1 實驗儀器及藥品29-30
• 2.2 材料的制備方法30-32
• 2.3 電極的制備及電池的組裝32
• 2.4 主要測試手段及原理32-34
• 3 自蔓延法制備x Li_2Mn O_3·(1-x)Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2及其性能研究34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 實驗部分34-35
• 3.3 結(jié)果與討論35-40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 4 富鋰 0.6Li_2Mn O_3·0.4Li Ni_(0.7)Mn_(0.3)O_2正極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究42-50
• 4.1 引言42-43
• 4.2 實驗部分43
• 4.3 結(jié)果與討論43-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 5 Li_2Zr O_3包覆層對富鋰正極材料 0.6Li_2Mn O_3·0.4Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的電化學(xué)性能改善及其原因50-58
• 5.1 引言50-51
• 5.2 實驗部分51
• 5.3 結(jié)果與討論51-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 6 Al F_3包覆層對富鋰正極材料 0.6Li_2Mn O_3·0.4Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的電化學(xué)性能改善及其原因58-66
• 6.1 引言58-59
• 6.2 實驗部分59
• 6.3 結(jié)果與討論59-65
• 6.4 本章小結(jié)65-66
• 7 結(jié)論66-68
• 參考文獻68-76
• 作者簡歷76-78
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集78

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙雪玲;唐道平;麥永津;趙欣悅;王素清;張靈志;;溶膠凝膠法合成富鋰正極材料Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2及性能表征[J];無機化學(xué)學(xué)報;2013年05期

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本文編號：1018863