【摘要】：高能層狀正極材料的開發(fā)是研究高能量、高功率、長壽命鋰離子電池的關(guān)鍵之一。其中,運用在傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的LiCoO_2和動力電池使用的LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2都具有較高的理論容量(接近280 mAh·g~(-1)),并且它們的放電容量會隨電壓升高而更接近理論容量。然而,這類材料在較高截止電壓(≥4.5V)下循環(huán)時,材料界面會因為高脫鋰而發(fā)生一系列的副反應(yīng),造成材料晶體的不可逆相變,直接導(dǎo)致容量的迅速衰減,從而限制了此類層狀正極材料在高能電池中的應(yīng)用。研究表明,穩(wěn)定的材料界面狀態(tài)能有效地抑制層狀正極材料在高電壓下發(fā)生的不可逆相變。因此,本文通過研究層狀正極材料的界面不穩(wěn)定性變化,探索了氧化鋁和磷酸鹽兩種界面包覆材料對提升層狀正極的高壓穩(wěn)定性影響的規(guī)律,并對材料的界面結(jié)構(gòu)和元素價態(tài)等進(jìn)行了多樣化的分析。本論文主要探究了以下三方面的內(nèi)容:1.有機(jī)相制備Al-O化合物包覆型LiCoO_2:利用液相法制備出Al-O化合物包覆型LiCoO_2正極材料。研究煅燒溫度對LiCoO_2正極材料表面包覆層的影響,發(fā)現(xiàn)煅燒溫度較低時,包覆層是由Al_2O_3組成;在鍛燒溫度較高時,包覆層是由LiAlO_2/LiCo_(1-x)Al_xO_2組成。電化學(xué)性能結(jié)果表明,不同退火溫度得到的改性材料在高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性都得到了提高。經(jīng)550 ℃后期處理得到的改性LiCoO_2的電化學(xué)性能達(dá)到最佳。常溫下,在3.0-4.5 V電壓范圍內(nèi),經(jīng)過500圈的1 C電流密度循環(huán),材料容量可以保持在130 mAh·g~(-1),容量保持率為73%。在相同的測試條件下進(jìn)行高溫循環(huán)測試,得到材料在循環(huán)100圈后放電容量能維持在147.2 mAh·g~(-1),容量保持率為72%。分析實驗結(jié)果,認(rèn)為在LiCoO_2表面形成的LiCo_(1-x)Al_xO_2過渡層因和LiCoO_2有相似的結(jié)構(gòu)而有利于與基底材料的結(jié)合,同時LiCo_(1-x)Al_xO_2過渡層也利于鋰離子傳輸。2.LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2在空氣儲存過程的結(jié)構(gòu)變化與電化學(xué)性能研究:考察了不同環(huán)境影響因素(濕度、溫度和時間)對NCA正極材料表面Li_2CO_3含量的影響程度,研究了曝露時間對材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,曝露時間越長,NCA表面雜質(zhì)Li_2CO_3含量越多,陽離子的混排越嚴(yán)重,電化學(xué)性能也越差。對曝露樣品進(jìn)行不同電壓的活化后,發(fā)現(xiàn)曝露7天產(chǎn)物在4.5 V下以0.1 C小電流活化3圈后,再在3.0-4.3 V的電壓范圍內(nèi),以3C電流密度循環(huán)100圈后的放電比容量為92 mAh·g~(-1),容量保持率為72.6%。而在4.3 V下活化后,再進(jìn)行100圈循環(huán)后的放電比容量為70mAh·g~(-1),容量保持率為 68.9%。3.有機(jī)相制備磷酸鹽包LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)Al0.05O_2及其高壓穩(wěn)定性研究:在有機(jī)相中直接合成出磷酸鹽包覆型的LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正極材料,探究了超薄包覆層對基底材料NCA電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,改性后的NCA在高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性得到了顯著的改善。在3.0-4.5V電壓范圍內(nèi),以5C電流密度循環(huán)300圈后,改性后的NCA放電容量為107.5 mAh·g~(-1),容量保持率為68.8%。而在相同的測試條件下,原料NCA循環(huán)300圈后的放電容量僅有56.5 mAh·g~(-1),容量保持率為40.2%。
【圖文】：

碩士學(xué)位論文阻變大而降低電池的倍率性能。在從原來的６５％提高到９０％，包覆層極材料在高電壓下的循環(huán)性能。ＳｕＣｏ０２正極材料。在經(jīng)歷５０次循環(huán)改性后的ＬｉＣｏ０２容量保持率得到較電流的下放電容量，Ａ１Ｆ３包覆ＬｉＣｏ包覆層保護(hù)了電極材料，減少了邋Ｌｉ溶解的減少使得包覆后材料的電化

３．３物理化學(xué)性質(zhì)表征逡逑３．３．１邋ＸＲＤ測試與分析逡逑圖３－１是原料ＬｉＣｏ０２、ＬＣＯ－１５０和ＬＣＯ－５５０的ＸＲＤ圖。通過ＸＲＤ檢測可逡逑知，所有的樣品衍射峰均符合ＬｉＣｏ０２邋（ＪＣＰＤＳＮｏ．５０－０６５３），說明包覆處理不逡逑會對ＬｉＣｏ０２的晶體結(jié)構(gòu)造成影響，，依然維持了良好的六方ａ－ＮａＦｅ０２結(jié)構(gòu)。包覆逡逑后的兩個樣品中無雜質(zhì)峰出現(xiàn)，這可能是包覆層太薄或是包覆層為無定型物質(zhì)，逡逑所以未能檢測出來。進(jìn)一步分析原料ＬｉＣｏ０２、ＬＣＯ－１５０和ＬＣＯ－５５０的晶格參數(shù)逡逑（如表３－１所示），ｃ／ａ值越大代表材料層狀結(jié)構(gòu)越好。各樣品的ｃ／ａ值均超過了逡逑文獻(xiàn)報道的立方密堆積結(jié)構(gòu)的￡＾值（４．８９９）［１（）２］，１＾0－５５０的￡＾值最大（４．９９４６），逡逑說明ＬＣＯ－５５０的層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更優(yōu)。逡逑ＬＣＯ－５５０逡逑邐＾＾逡逑＾邐ＬＣＯ－１５０逡逑＞％逡逑ｃ邐Ｉ逡逑０邋邐逡逑＇Ｓｉ邐ｐｒｉｓｉｔｉｎｅ逡逑ｃｏ逡逑Ｑ：邐＇逡逑一＾？丨－丨丨＿＿丨丨N」？丨逡逑ＰＤＦ＃邋５０－０６５３逡逑＿邐＿邐＿■邐．邐＿邐Ｌｉ，邐＾—了＿４邐１Ｌ」逡逑１０邐２０邐３
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912;TQ131.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2687897