【摘要】：鋰離子電池富鋰錳基層狀正極材料以其高比容量、低成本、合成工藝簡單等優(yōu)點,已經(jīng)成為各方學者的研究熱點。但是,要想將其應用到商業(yè)化生產(chǎn)中,還需解決材料首次庫倫效率低、循環(huán)與倍率性能差等問題。本文主要內(nèi)容是利用共沉淀法結合高溫固相法制備新型高工作電壓的富鋰0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正極材料,并對合成過程的關鍵參數(shù)進行了優(yōu)化,將最終得到的富鋰正極材料與已經(jīng)廣泛研究過的0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的材料進行對比,分析其優(yōu)勢與劣勢;另外為提高富鋰0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的倍率與循環(huán)穩(wěn)定性,對其進行硅鎢酸包覆研究,并通過物理與電化學表征深入解析包覆對富鋰材料的結構及電化學性能的影響。針對富鋰0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的平均工作電壓低,并且在循環(huán)過程中易發(fā)生相轉變等導致電壓與容量衰減,故擬減少材料中過渡金屬Mn的含量,合成組成為0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的富鋰錳基層狀正極材料,以提高材料的平均工作電壓,并對其合成過程中的預燒時間、燒結溫度和燒結時間等進行優(yōu)化,通過XRD、SEM等物理表征結合電化學性能確定最優(yōu)工藝的富鋰0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料,其首次放電比容量為149mA h g~(-1);平均工作電壓為3.86 V;同時將制得的最優(yōu)工藝的新型富鋰材料與0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2進行對比,并且結合XRD、SEM等物理分析與電化學性能解析得出0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料的倍率性能與循環(huán)過程中的電壓衰減有了明顯的提升,1000 mA g~(-1)電流密度下放電比容量仍有114 mA h g~(-1),在1 C倍率下循環(huán)100次后電壓衰減僅為0.07 V,而0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料衰減則有0.17 V。由于富鋰錳基層狀正極材料0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2中Li_2MnO_3相為絕緣體,不利于電子與離子傳輸,影響材料整體的倍率性能。故將具有高的電子與離子電導率的硅鎢酸包覆在材料表面提高材料整體的電子電導率與鋰離子擴散系數(shù),提高材料的倍率性能,500 mA g~(-1)電流密度下包覆材料的放電比容量仍有158 mA h g~(-1),較原始材料提升約34 mA h g~(-1);同時硅鎢酸做為一個表面保護層,可以有效地抑制電極材料與電解液發(fā)生副反應,提高界面結構的穩(wěn)定性,使得包覆后的富鋰錳基層狀正極材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在300 mA g~(-1)的電流密度下循環(huán)100次后容量保持率仍在90%以上。
【圖文】：

離子電池簡介些年來，由于化石能源的不斷減少，人們開始對太陽能、潮汐能、風進行開發(fā)與利用。但是，這些能量不能連續(xù)的產(chǎn)生，因此需要特定的能實現(xiàn)達到人們使用需求的能源持續(xù)供應[1, 2]。如今世界各國都已認源對于實現(xiàn)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會的重要性，致力于通過可再的高效轉化、儲存和運輸來解決當前經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境惡化等日益嚴。而二次電池，可以實現(xiàn)化學能與電能之間的高效率轉化，具有較高功率密度（圖 1-1），是有效利用這些清潔能源的非常重要的一部分[3展迅猛的化學電源—鋰離子電池，由于其具有較高的能量密度、 較性、高工作電壓和沒有記憶效應等優(yōu)點在筆記本電腦、便攜式電子設等領域有了較為廣泛的應用[4]。同時，我國政府為促進可持續(xù)發(fā)展提、新能源、新材料和新能源汽車等七大新興產(chǎn)業(yè)的重點發(fā)展，促使人電池的容量與能量密度等提出了更高的要求。鋰離子電池正極材料，的循環(huán)性能與比容量、加強電池的安全性、降低成本等要求的關鍵性來越多的關注。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文于加拿大的 Moli 公司由于電池爆炸事件而宣告破產(chǎn)。1990出商用鋰離子電池，采用層狀LiCoO2作為電池的正極，石墨0Whkg-1，循環(huán)壽命超過 1000 次，首先實現(xiàn)鋰離子電池的商2/C 鋰離子電池為例，在充放電過程中，Li+在電池正極與負現(xiàn)充放電，像搖椅一般，所以也被叫做“搖椅式電池”（RC-2 所示[6]。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM912

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本文編號：2643955