本文關(guān)鍵詞：鎳鈷錳三元正極材料的摻雜改性研究

  更多相關(guān)文章： 正極材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 摻雜 電化學(xué)性能

【摘要】：鋰離子電池具有三維空間小、較輕的質(zhì)量、單位質(zhì)量體積所具有的能量大、充放電次數(shù)多、自損耗電量低、可以多次充電而無記憶等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于較容易攜帶的移動(dòng)工具、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域,近年來在電動(dòng)交通工具和軍事裝備等領(lǐng)域發(fā)展迅速。近年來,由于鈷資源的價(jià)格昂貴且動(dòng)力電源方面的制約,商業(yè)化的主流正極材料Li CoO2已逐漸暴露出其缺陷,自T.Ohzuku首次研制了層狀結(jié)構(gòu)的Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2以來,該材料以其高可逆容量,迅速引起了研究者的關(guān)注,并有取代LiCoO2正極材料的趨勢(shì),在電壓區(qū)間2.5~4.4V、2.8~4.2V下,其可逆比容量可達(dá)160和200mAh/g;LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2屬ɑ-NaFeO2層狀結(jié)構(gòu),屬R3m空間群,其中Ni主要為+2價(jià),Co為+3價(jià),Mn主要為+4價(jià),也有少量的Ni3+、Mn3+離子。Ni2+與Li+離子半徑相近,導(dǎo)致LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2易發(fā)生“陽離子混排”現(xiàn)象,破壞了材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,進(jìn)而降低了材料在充放電過程中的性能。在電池充放電反應(yīng)過程中,只有Ni2+/Ni3+,Ni3+/Ni4+,Co3+/Co4+參與反應(yīng),Mn4+起穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)作用,取代Mn4+不會(huì)減少材料中活性物質(zhì)的量。研究者發(fā)現(xiàn):金屬陽離子Al、Mg、Ti、Fe等摻雜可以維持材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,改善材料性能。關(guān)于Sn4+離子摻雜的研究較少,主要因?yàn)镾nO2熔點(diǎn)高、難溶解,固相法制備中Sn4+難以進(jìn)入正極材料體相結(jié)構(gòu),SnO2在晶體材料表面形成包覆。本實(shí)驗(yàn)研究了Sn4+取代Mn4+摻雜進(jìn)正極材料體相結(jié)構(gòu)對(duì)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響,以SnCl2?2H2O為摻雜原料采用共沉淀法制備LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xSnxO2。通過X射線光譜、掃描電鏡、充放電測(cè)試等技術(shù)對(duì)LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xSnxO2材料的結(jié)構(gòu)、形貌、電化學(xué)性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明:(1)本實(shí)驗(yàn)采用共沉淀法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料,Sn4+能有效摻雜進(jìn)正極材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的體相結(jié)構(gòu),通過Sn4+取代Mn4+,通過電化學(xué)性能分析得到Sn4+取代Mn4+的適宜摻雜量為x=0.04。(2)Sn4+摻雜可以提高材料在充放電過程中的電學(xué)性能,在0.2 C,2.8~4.2 V電壓區(qū)間內(nèi)LiNi1/3Co1/3Mn1/3-0.04Sn0.04O2的首次放電比容量和充放電效率分別為138.5 mAh/g、83%,30次循環(huán)后容量保持率為96.96%,與未摻雜LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料相比,改性后的材料首次放電比容量上升,充放電效率得到提高。
【關(guān)鍵詞】：正極材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 摻雜 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：大連工業(yè)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4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-29
• 1.1 引言9-11
• 1.2 鋰離子電池簡(jiǎn)介11-21
• 1.2.1 鋰離子電池基本概述11
• 1.2.2 鋰離子電池結(jié)構(gòu)及工作原理11-14
• 1.2.3 鋰離子電池的分類及特點(diǎn)14-16
• 1.2.4 我國(guó)鋰離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.2.5 鋰離子電池負(fù)極材料17-18
• 1.2.6 鋰離子電池電解液18-19
• 1.2.7 鋰離子電池正極材料19-21
• 1.3 鎳鈷錳酸鋰電池21-28
• 1.3.1 鎳鈷錳酸鋰電池的簡(jiǎn)介21-22
• 1.3.2 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的晶體結(jié)構(gòu)及充放電機(jī)理22-23
• 1.3.3 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的合成方法23-26
• 1.3.4 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的改性研究26-28
• 1.4 課題研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新之處28-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法29-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)主要的藥品及試劑29-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備30
• 2.3 共沉淀法LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)SnxO_2粉體的制備30-32
• 2.4 固相法LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)SnxO_2粉體的制備32
• 2.5 電池的組裝流程32-34
• 2.5.1 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_x O_2電池正極片的制備32-33
• 2.5.2 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_x O_2電池的組裝與結(jié)構(gòu)33-34
• 2.6 分析測(cè)試方法34-37
• 2.6.1 X射線衍射分析34-35
• 2.6.2 掃描電鏡分析35
• 2.6.3 EDS能譜儀分析35
• 2.6.4 電化學(xué)測(cè)試35-37
• 第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析37-49
• 3.1 共沉淀法合成正極材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_xO_2的改性研究37-46
• 3.1.1 化學(xué)共沉淀法制備前驅(qū)體Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_xCO_337-40
• 3.1.2 X射線衍射物相分析40-42
• 3.1.3 樣品微觀形貌及粒度分析42-43
• 3.1.4 材料的電化學(xué)性能分析43-46
• 3.2 固相法合成正極材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_xO_2的樣品表征46-49
• 3.2.1 固相法制備粉末樣品LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_x O_246-47
• 3.2.2 固相法制備粉末樣品LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_x O_2的EDS成分分析47-49
• 第四章 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-55
• 致謝55-56
• 附錄 作者攻讀碩士期間發(fā)表的論文及成果56

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 趙健,楊維芝,趙佳明;鋰離子電池的應(yīng)用開發(fā)[J];電池工業(yè);2000年01期

2 ;如何正確使用鋰離子電池[J];電子科技;2000年09期

3 ;我國(guó)第一條現(xiàn)代化鋰離子電池生產(chǎn)線在濰坊建成投產(chǎn)[J];電池工業(yè);2001年01期

4 陳洪超;李相東;;鋰離子電池原理、研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J];軍事通信技術(shù);2001年01期

5 ;新型鋰離子電池[J];炭素技術(shù);2002年03期

6 朱曉軍;;全球最薄鋰離子電池[J];家庭電子;2002年03期

7 啟明;高容量鋰離子電池負(fù)極[J];金屬功能材料;2003年01期

8 楊捷;鋰離子電池的特點(diǎn)與使用[J];現(xiàn)代電視技術(shù);2003年05期

9 周園 ,韓金鐸;鋰離子電池:機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存——參加“鋰離子電池與電動(dòng)車”研討會(huì)有感[J];鹽湖研究;2003年02期

10 石保慶;鋰離子電池的必測(cè)項(xiàng)目——電池平臺(tái)[J];中國(guó)無線電管理;2003年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 許名飛;郭永興;李新海;吳顯明;;鋰離子電池氣脹問題探析[A];第十二屆中國(guó)固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

2 王宏偉;鄧爽;肖海清;王超;楊宗輝;施亞申;;鋰離子電池誤使用的安全檢測(cè)與分析[A];2011年全國(guó)失效分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

3 劉勇;盤毅;謝凱;蘆偉;;鋰離子電池的存儲(chǔ)性能研究[A];第30屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

4 張俊乾;;鋰離子電池中的擴(kuò)散應(yīng)力和破壞[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

5 康慨;戴受惠;萬玉華;王樹安;;我國(guó)鋰離子電池的研究與發(fā)展[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

6 張千玉;馬曉華;;二甲苯用作鋰離子電池過充保護(hù)添加劑的研究[A];第二十八屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

7 張千玉;馬曉華;;新型鋰離子電池過充保護(hù)添加劑的研究[A];第二十八屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

8 朱靜;于申軍;陳志奎;何顯能;周永超;李賀;;水分對(duì)鋰離子電池性能的影響研究[A];第二十八屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

9 崔少華;楊曉民;;圓型鋰離子電池滲液不良分析[A];自主創(chuàng)新與持續(xù)增長(zhǎng)第十一屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集（2）[C];2009年

10 李琳琳;王斌;吳宇平;T.van Ree;;甲基苯基二-(甲氧二乙基)硅烷用作鋰離子電池功能性添加劑的研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李壯;新國(guó)標(biāo)9月實(shí)施鋰電池門檻加高[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2005年

2 劉碧瑪;動(dòng)力鋰離子電池要抓住發(fā)展機(jī)遇[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

3 記者　陳穎;深圳鋰電產(chǎn)量已占全國(guó)六成[N];深圳特區(qū)報(bào);2006年

4 實(shí)習(xí)記者 徐恒邋記者 諸玲珍;鋰離子電池安全受關(guān)注 新材料研究是熱點(diǎn)[N];中國(guó)電子報(bào);2008年

5 徐恒 諸玲珍;鋰離子電池安全備受關(guān)注[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2008年

6 李燕京;鋰離子電池國(guó)標(biāo)年內(nèi)將出臺(tái)[N];中國(guó)消費(fèi)者報(bào);2008年

7 本報(bào)記者 馮健;動(dòng)力鋰離子電池：安全性制約應(yīng)用[N];中國(guó)電子報(bào);2009年

8 新材料在線首席研究員 李國(guó)強(qiáng);鋰離子電池產(chǎn)業(yè):中日韓三分天下[N];中國(guó)電子報(bào);2004年

9 金信;全國(guó)最大的鋰離子電池生產(chǎn)基地在津建成[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2002年

10 黃新培;業(yè)內(nèi)專家對(duì)生產(chǎn)企業(yè)提出三點(diǎn)建議[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2002年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉金龍;鋰離子電池高性能富鋰錳基正極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 劉玉榮;錳基混合型金屬氧化物孿生微納結(jié)構(gòu)的制備、形成機(jī)理與儲(chǔ)鋰性能[D];山東大學(xué);2015年

3 易金;鋰離子電池釩基負(fù)極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

4 張千玉;綠色能源材料鈦酸鋰的改性及其回收再利用的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 袁慶豐;鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料和電池安全性的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

6 明海;高容量或高倍率鋰離子電池材料的合成與相應(yīng)全電池的組裝研究[D];蘇州大學(xué);2015年

7 楊智博;高性能鋰離子電池硅/鍺電極的設(shè)計(jì)與制備[D];蘭州大學(xué);2015年

8 董漢成;衛(wèi)星電源電池健康狀態(tài)診斷方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 張濤;廢棄鋰離子電池破碎及富鈷產(chǎn)物浮選的基礎(chǔ)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

10 張立強(qiáng);鋰離子電池多物理模型參數(shù)辨識(shí)及健康特征提取[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張濤;失效鋰離子電池破碎特性研究[D];華東交通大學(xué);2011年

2 馬宇宏;鋰離子電池?zé)岚踩匝芯縖D];電子科技大學(xué);2013年

3 王會(huì)軍;過渡金屬氧化物和過渡金屬硫化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D];西南大學(xué);2015年

4 任婉;鋰離子電池鎳—錳二元正極材料的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

5 李娟;鋰離子電池負(fù)極材料Li_4Ti_5O_(12)的制備與研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

6 玄哲文;微納結(jié)構(gòu)MnO_2及CuO的制備及作為鋰離子電池負(fù)極的性能研究[D];云南民族大學(xué);2015年

7 邢程程;原位生長(zhǎng)FeS納米結(jié)構(gòu)薄膜及其在鋰離子電池中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

8 白鋼印;鋰離子電池高電壓正極材料鎳猛酸鋰的合成與改性研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

9 宋贏;鋰離子電池二氧化鈦負(fù)極材料摻雜改性及電化學(xué)行為研究[D];遼寧大學(xué);2015年

10 安平;聚酰亞胺鋰離子電池隔膜的制備及其性能研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：1093341