【摘要】：鎳、鈷、錳三元材料LiNixCo1-x-yMnyO2是最有潛力取代LiCoO2大規(guī)模應(yīng)用的正極材料之一，但進一步提高材料的循環(huán)性能與倍率性能是必須攻克的難題。本文選取了三元體系中的LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料作為研究基礎(chǔ)，，對其合成方法進行了對比研究，并進行了陰離子與陽離子單一摻雜和復(fù)合摻雜改性和表面包覆改性。通過TG、SEM、XRD、EDS、CV、EIS和充放電測試等方式對合成的材料進行表征，以探究合成方法與改性對材料性能的影響。 溶膠-凝膠法、固相合成法和碳酸鹽共沉淀法合成出的層狀LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正極材料在晶體結(jié)構(gòu)、表觀形貌、粒徑分布及電化學(xué)性能上差別很大。溶膠凝膠法合成的樣品擁有更高的放電容量，在2.5-4.6V、0.2C倍率下首次放電比容量為182.7mAh/g，庫倫效率90.4%；而采用碳酸鹽共沉淀法合成的樣品擁有更好的循環(huán)性能，2.5-4.6V、0.2C下，50個循環(huán)后容量保持率為92.8%。對溶膠凝膠法的合成工藝進行優(yōu)化，實驗發(fā)現(xiàn)在850℃煅燒20h的條件下材料具有最佳的層狀結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能。 對LiNi-0.4Co0.2Mn0.4O2材料進行不同量的F、Cl-陰離子摻雜。摻雜沒有改變晶體的層狀結(jié)構(gòu)，但提高了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 LiNi0.4Co0.2Mn0.4O1.95Cl0.05和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O1.97F0.03分別具有最優(yōu)秀的電化學(xué)性能，2.5-4.6V，0.1C下的首次充放電容量分別為200.0與194.3mAh/g，0.2C下循環(huán)50次容量保持率分別為95.5%與96.1%。并且在高溫高倍率下，LiNi0.4Co0.2Mn0.4O1.95Cl0.05和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O1.97F0.03放電容量與循環(huán)性能依然較未摻雜樣品有很大程度的提升。CV與EIS測試結(jié)果表明F-和Cl-摻雜均提高了材料的可逆性，并降低了循環(huán)過程中電化學(xué)反應(yīng)阻抗的增加。 對LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料進行不同量不同位置的Mg2+與Ti4+陽離子摻雜。摻雜通過降低材料陽離子混排程度的方式提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。充放電測試結(jié)果顯示摻雜量為0.04時Mg2+與Ti4+摻雜的材料電化學(xué)性能均達到最佳，摻雜雖然降低了材料的首次放電容量卻使LiNi0.4Co0.2Mn0.36O2Mg0.04與Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)0.96O2Ti0.04在0.2C下，50次循環(huán)后容量保持率提升到94.3%與95.7%。結(jié)合陰、陽離子單一摻雜的結(jié)論，對LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料進行Ti-F陰陽離子復(fù)合摻雜。摻雜后的材料具有高度有序的六方層狀結(jié)構(gòu)，并且顆粒的比表面積更小。充放電測試結(jié)果表明復(fù)合摻雜明顯提升了材料的循環(huán)性能，Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)0.96Ti0.04O1.97F0.03在截止電壓4.4V與4.6V時，0.2C下50次循環(huán)后容量都幾乎未發(fā)生衰減，并且倍率性能較未摻雜前也有了明顯的提升。 對LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料進行2.0wt%的FePO4、TiO2與A12O3表面包覆改性。SEM與XRD測試發(fā)現(xiàn)FePO4、TiO2與A12O3均已成功包覆于正極材料表面，但沒有改變特征峰位置。包覆后的材料首次放電容量較包覆前變化不大，但循環(huán)性能與倍率性能有了很大程度的改善，F(xiàn)ePO4、TiO2與A12O3包覆后的材料0.2C下50次循環(huán)后的容量保持率分別為93.7%、94.2%與94.3%；在0.2-2.5C不同倍率下50次循環(huán)后容量保持率分別為93.5%、94.0%與94.2%。
【圖文】：

見的隔膜為微孔的聚烯烴膜；外殼將以上部件包裹起來，起到保護電池原件的作用，外形根據(jù)電池的形狀與用途的不同而改變。圖1-1 圓柱形鋰離子電池的結(jié)構(gòu)圖Fig. 1-1 Cylindrical lithium ion battery structure schematic drawing1.2.3鋰離子電池的工作原理鋰離子電池就是利用 Li+在正、負極上可逆地嵌入與脫嵌，形成正負極上 Li+的濃度差從而引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)。其工作原理如圖 1-2 所示，當充電時，外部負載電壓驅(qū)使 Li+從正極中脫嵌，并通過電解液運送到負極，在負極中嵌入。這一過程使正極處于貧鋰狀態(tài)，負極因處于富鋰狀態(tài)，為了保持電荷的平衡，等量的電子由外電路流向負極；放電時，Li+又從負極材料中脫出，嵌回到正極材料的晶格中，Li+遷移同樣也會引起外電路上的電子流動，這樣一次充放電循環(huán)即可完成[8]。而且充放電過程 Li+只發(fā)生嵌入與脫嵌

第一章 緒論：LiMO2－e－ 放電充電x Li++ Li1－xMO2(M=Co、CoxMnyNi1-x：6C+xLi++e－ 放電充電LixC6：LiMO2+6C 放電充電LixC6+ Li1－xMO2(M=Co、CoxMnyNi1-x
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM912

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

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本文編號：2530515