本文關(guān)鍵詞：三元層狀富鋰錳基正極材料的改性研究

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【摘要】：隨著科技進(jìn)步和社會發(fā)展，電子產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備、新能源汽車和軍事裝備等領(lǐng)域?qū)δ茉O(shè)備的要求日益苛刻。研發(fā)低成本、高安全性能、高比容量和高比功率的鋰離子電池成為研究發(fā)展的趨勢。富鋰錳基正極材料由于其放電比容量高（～250mAh·g-1）和成本低等優(yōu)點成為研究熱點。但目前對該材料的研究還有一些亟待解決的問題，如首次庫倫效率偏低、倍率性能差等。本文采用溶膠凝膠法合成富鋰錳基材料Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2，分別采用Li4Mn5O12和Li4Ti5O12對其包覆改性，從而達(dá)到提高材料電化學(xué)性能的目的。具體開展工作的實驗結(jié)果如下： 采用溶膠凝膠法制備三元富鋰錳基正極材料Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2。采用具有高鋰離子導(dǎo)電性的尖晶石材料Li4Mn5O12包覆改性高容量的層狀富鋰錳基材料Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2。通過對改性材料的XRD測試發(fā)現(xiàn)，材料的主體結(jié)構(gòu)沒有改變，仍是層狀材料，結(jié)晶度良好。但是隨著包覆量的增加會有微弱的肩峰出現(xiàn)，這是因為改性材料中Li4Mn5O12尖晶石相結(jié)構(gòu)逐漸體現(xiàn)出來。通過電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)改性材料0.01Li4Mn5O12·0.99Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2表現(xiàn)出最佳的循環(huán)性能（0.1C，80周循環(huán)后放電比容量為259.8mAh g-1，容量保持率高達(dá)89.8%）和倍率性能（1C，50周循環(huán)后放電比容量為185.1mAh g-1，5C，首周放電比容量為184.4mAh g-1）。此外，材料電荷傳遞阻抗在適量Li4Mn5O12包覆改性后得到顯著降低。通過TEM可以看出，改性材料0.01Li4Mn5O12·0.99Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2表面存在2~3nm的Li4Mn5O12包覆層，這能夠有效抑制電解液對本體材料的侵蝕和對金屬離子的溶解，從而改善了材料的循環(huán)和倍率性能。 采用溶膠凝膠法制備三元富鋰錳基正極材料Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2。用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高鋰離子導(dǎo)電性的尖晶石材料Li4Ti5O12包覆改性高容量的層狀材料Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2。通過對改性材料的XRD測試發(fā)現(xiàn)，材料的主體結(jié)構(gòu)沒有改變，仍是層狀材料，結(jié)晶度良好。但是隨著包覆量的增加會有微弱的肩峰出現(xiàn)，這與改性材料中Li4Ti5O12的存在有關(guān)。通過電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)改性材料0.03Li4Mn5O12·0.97Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2表現(xiàn)出最佳的循環(huán)性能（0.1C，，50周循環(huán)后放電比容量為200.2mAh g-1，容量保持率高達(dá)80.5%）和倍率性能（1C，50周循環(huán)后放電比容量為181.3mAh g-1，5C，首周放電比容量為156.1mAh g-1）。此外，材料電荷傳遞阻抗在適量Li4Ti5O12包覆改性后得到顯著降低。改性材料0.01Li4Mn5O12·0.99Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2表面存在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的Li4Ti5O12薄層，從而顯著提升了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 富鋰正極材料 包覆改性 高倍率 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-29
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鋰離子電池簡介13-15
• 1.2.1 鋰離子電池的原理及結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.2 鋰離子電池的特點14-15
• 1.3 鋰離子電池正極材料15-21
• 1.3.1 層狀正極材料16-18
• 1.3.2 尖晶石結(jié)構(gòu)材料18-20
• 1.3.3 橄欖石結(jié)構(gòu)正極材料20-21
• 1.4 富鋰錳基正極材料的特點及研究現(xiàn)狀21-24
• 1.4.1 富鋰錳基正極材料結(jié)構(gòu)21-22
• 1.4.2 富鋰錳基正極材料結(jié)構(gòu)22-24
• 1.5 富鋰層狀正極材料的改性研究24-27
• 1.5.1 表面包覆25
• 1.5.2 體相摻雜25-26
• 1.5.3 電極材料顆粒的納米化及形貌控制26
• 1.5.4 形成復(fù)合材料26-27
• 1.6 本課題研究的主要內(nèi)容27-29
• 第2章 實驗原料、儀器設(shè)備與分析測試方法29-35
• 2.1 實驗主要原料29
• 2.2 實驗原料與儀器29-30
• 2.3 試驗方法30-35
• 2.3.1 材料合成的方法30-31
• 2.3.2 實驗電池的組裝31
• 2.3.3 材料的測試與表征31-32
• 2.3.4 材料的電化學(xué)性能測試32-35
• 第3章 xLi_4Mn_5O_(12)·(1-x) Li[Li_(0.2)Mn_(0.55)Ni_(0.15)Co_(0.1)]O_2(0≤x≤0.05)的電化學(xué)性能研究35-55
• 3.1 引言35-36
• 3.2 實驗部分36-37
• 3.2.1 材料的制備36-37
• 3.2.2 材料的表征37
• 3.3 結(jié)果與討論37-53
• 3.3.1 材料的結(jié)構(gòu)和形貌討論37-42
• 3.3.2 材料的首次充放電性能42-45
• 3.3.3 材料的循環(huán)性能45-49
• 3.3.4 材料的倍率性能49-51
• 3.3.5 富鋰材料的電化學(xué)阻抗測試分析51-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 第4章 xLi_4Ti_5O_(12)·(1-x) Li[Li_(0.2)Mn_(0.55)Ni_(0.15)Co_(0.1)]O_2(0≤x≤0.05)的電化學(xué)性能研究55-73
• 4.1 引言55-56
• 4.2 實驗部分56-57
• 4.2.1 材料的制備56
• 4.2.2 材料的表征56-57
• 4.3 結(jié)構(gòu)與討論57-72
• 4.3.1 材料的結(jié)構(gòu)和形貌討論57-60
• 4.3.2 材料的首次充放電性能60-62
• 4.3.3 材料的循環(huán)性能62-66
• 4.3.4 材料的倍率性能66-69
• 4.3.5 富鋰材料的電化學(xué)阻抗測試分析69-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-76
• 參考文獻(xiàn)76-83
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單83-84
• 致謝84

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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7 劉景,溫兆銀,吳梅梅,顧中華,曹佳弟,林祖~

本文編號：1068575