【摘要】：目前LiCoO_2主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閭鹘y(tǒng)3C電子產(chǎn)品。為了在更小的空間釋放出更高的能量,LiCoO_2正朝著高電壓、高壓實(shí)密度的方向發(fā)展。高電壓下能將更多的鋰離子從晶體結(jié)構(gòu)中脫出,比容量可以達(dá)到180 mA·h/g左右。本文采用固相球磨-燒結(jié)法制備了高性能的LiCoO_2正極材料,同時(shí)采用了XRD、SEM、電化學(xué)工作站及藍(lán)電測(cè)試系統(tǒng)等測(cè)試方法對(duì)材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能等方面的表征。首先,通過(guò)固相球磨法制備了粒徑可控的LiCoO_2正極材料前驅(qū)體,之后通過(guò)兩步燒結(jié)法燒結(jié)得到LiCoO_2正極材料。本論文探討了鋰鈷摩爾比、預(yù)燒溫度及預(yù)燒保溫時(shí)間、終燒溫度及終燒保溫時(shí)間等工藝條件對(duì)材料結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響,最后在較為合適的條件下,制備得到LiCoO_2正極材料。步驟如下:1、制備方法:以四氧化三鈷及碳酸鋰為原料,乙醇為分散劑,固相球磨制備了LiCoO_2前驅(qū)體,后在馬弗爐并在空氣氣氛下經(jīng)過(guò)兩步燒結(jié)法制備得到了LiCoO_2正極材料。在此過(guò)程中探討出了最佳鋰鈷摩爾比為1.05:1,低溫預(yù)燒溫度為400oC并保溫10 h,經(jīng)研磨過(guò)200目篩網(wǎng)后,高溫煅燒溫度為850oC且保溫8 h。制備得到的LiCoO_2正極材料經(jīng)過(guò)XRD以及SEM等儀器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的表征。該條件下制備的LiCoO_2正極材料具有良好的電化學(xué)性能:在電流密度0.1 C下,首圈充電比容量為192.0 mA?h/g,首圈放電比容量為177.3 mA?h/g,庫(kù)倫效率為92.4%,50圈后的放電比容量為160.9 mA?h/g,容量保持率為90.8%。2、對(duì)優(yōu)化條件下制備得到的LiCoO_2正極材料進(jìn)行LPAN摻雜包覆改性,研究發(fā)現(xiàn),高溫煅燒所得的LiCoO_2,再加入10%的LPAN后二次高溫700oC下進(jìn)行燒結(jié),制備得到的LiCoO_2正極材料的理化性能是最好的。首圈充電比容量為221.6 mA?h/g,首圈放電比容量181.5 mA?h/g,庫(kù)倫效率為81.9%,50圈后放電比容量為163.1 mA?h/g,容量保持率為89.9%,具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。3、倍率性能測(cè)試,與未包覆LPAN的LiCoO_2正極材料相比較,包覆10%-LPAN的正極材料,在大電流充放電下仍然可以保持一定的放電比容量,在電流密度0.1 C下,首圈放電比容量達(dá)到了183.2 mA?h/g,當(dāng)電流密度為2 C時(shí)放電比容量為118.3 mA?h/g,當(dāng)電流密度回到0.1 C時(shí)放電比容量167.9 mA?h/g,容量保持率90.3%。綜上表明,在大電流充放電條件下,LPAN包覆可以在材料與電解液之間形成一層保護(hù)層,防止電解液分解所導(dǎo)致的材料結(jié)構(gòu)破壞。同時(shí)提高了鋰離子遷移率,進(jìn)而有效提高了LiCoO_2正極材料的電化學(xué)性能。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ131.11;TM912
【圖文】：

圖 1-2 鋰離子電池工作原理[16]g.1-2 the work schematic diagram of lithium-ion batt理如圖 1-2 所示。充電與放電過(guò)程中，Li+在量的儲(chǔ)存及釋放。鋰電池充放電原理（以層，反應(yīng)過(guò)程如下：1| ( )x x yEC DEC Li M O y 1x x y Li M O xLi xe x nxLi xe Li C x y 1x x y x n O nC Li M O Li C 的特點(diǎn)池[18]與傳統(tǒng)電池相比有以下優(yōu)點(diǎn)：9]；能量密度高；循環(huán)性能好，安全性高；

LiCoO2正極材料iCoO2為六方晶系、空間群為 R3m 且具有 α-NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)的晶體中的 6c 位置被 O2-占據(jù)，密堆積方式是 ABCABC；O2-構(gòu)成了o3+占據(jù)著 3b 位置，Li+占據(jù) 3a 位置，Co3+及 Li+所在的平面分別平行晶格常數(shù) a=2.8166 ，c=14.045 。實(shí)際上 Li+和 Co3+與 O2-離子層導(dǎo)致 O2-的分布偏離最緊密堆積結(jié)構(gòu)從而呈現(xiàn)出三方對(duì)稱。因此在CoO2結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，循環(huán)性能較差，由于 Co4+和 O2-活性大，容易引 Li+脫出量超過(guò) 50%，脫鋰態(tài) Li1-xCoO2（x＜0.55）就會(huì)具有較高的氧解液分解、集流體腐蝕。此外，Li+從 CoO2層間脫出后，將會(huì)引起斥力的增大，六方晶體將會(huì)沿著 c 軸方向膨脹，CoO2會(huì)出現(xiàn)三方[21]系之間的轉(zhuǎn)變。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 彭正軍;李法強(qiáng);諸葛芹;李世友;任齊都;閆春艷;;共沉淀法制備正極材料LiCoO_2及其電化學(xué)性能研究[J];鹽湖研究;2008年03期

2 閆時(shí)建;田文懷;其魯;;不同溫度下合成的LiCoO_2的晶體結(jié)構(gòu)[J];無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào);2006年02期

3 呂文廣;高結(jié)晶度鈷酸鋰制備及微結(jié)構(gòu)表征[J];稀有金屬快報(bào);2004年12期

本文編號(hào)：2733556