發(fā)布時間：2020-07-03 19:32

【摘要】：鋰離子電池是性能卓越的新一代高能電池,已成為高新技術(shù)發(fā)展的重點之一。高鎳層狀正極材料具有價格低、毒性小、能量密度高的優(yōu)點,受到人們關注。但是高鎳層狀正極材料存在著循環(huán)性能差、熱穩(wěn)定性差、安全性不好等問題限制了其用于動力電池。本論文基于溶膠-凝膠方法制備了 LiNi0.9Mn0.1O2以及Al和Mg共摻雜的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料,系統(tǒng)地探索了材料表面的狀態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形貌變化以及它們對電化學性能的影響,主要內(nèi)容如下:通常認為Li2CO3存在于高鎳材料表面對材料的電化學性能不利。在空氣中通過煅燒時間調(diào)控LiNi0.9Mn0.1O2材料表面的Li2CO3厚度。結(jié)果表明熱處理時間越短,表面的Ni2+離子越多,氧缺陷越多,形成的Li2CO3層越厚。處理不同時間對晶格常數(shù)的影響很小。通過A-1、A-2、A-3、A-4樣品的電化學性能分析,Li2CO3在材料表面不利于Li+離子的傳輸,導致材料的倍率性能惡化。但是,表面連續(xù)的Li2CO3層可以有效保護過渡金屬不被電解液副產(chǎn)物HF腐蝕,減緩其溶解;同時,Li2CO3在高鎳材料表面,可以有效抑制H2/H3的相轉(zhuǎn)變,提高循環(huán)穩(wěn)定性。為抑制Li2CO3在材料表面的形成,選擇在氧氣氣氛中處理材料,并與空氣中處理的材料進行對比研究。結(jié)果表明空氣熱處理的LiNi0.9Mn0.1O2材料中的Ni2+更多,材料表面存在更多氧缺陷和嚴重的陽離子混排,導致材料表面過剩Li和空氣中的CO2反應生成Li2CO3。在電化學反應的過程中,轉(zhuǎn)移電荷電阻大,固體電解質(zhì)界面(SEI)膜厚。在氧氣氣氛下處理的樣品,有效地減小了表面氧缺陷,減少了表面Li2CO3相和陽離子混排,表現(xiàn)出優(yōu)秀的高倍率性能,以及高倍率下好的循環(huán)性能。成功制備了 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、Al 摻雜的 LiNio.8Co0.1Mno.1O2、Al和Mg共摻雜的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的三種樣品。通過XRD分析證明均成功摻雜到鈷位,隨著金屬的摻雜,晶格a軸減小,c軸增大。共摻雜Al和Mg相比LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,Ni2+占Li+位減小。XPS分析表明摻雜之后材料表面的Ni2+含量提高。Cls圖譜和EIS分析都表明所有樣品表面生成的Li2C03含量相近且較少,對電化學性能影響較小。三種樣品電化學性能測試表明離子的摻雜有助于比容量和循環(huán)穩(wěn)定性的提高,共摻雜性能最優(yōu)。探討了 Al和Mg共摻雜在不同煅燒溫度和煅燒時間下材料的循環(huán)穩(wěn)定性都大大改善。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM912
【圖文】：

圖１．２ＬｉＭＰ0４的結(jié)構(gòu)⑴

１．２．邋２高容量富鋰材料逡逑富鋰正極材料邋ｘＬｉ２Ｍｎ0３＿邋（１－ｘ）邋ＬｉＭＣｈ邋（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ）由邋ＬｂＭｎＣｈ邋和邋ＬｉＭ0２逡逑兩種組分按不同比例復合而成。理想ＬｈＭｎＣｂ和ＬｉＭＣｈ的層狀結(jié)構(gòu)如圖１．４和１．５逡逑所示＿。ＬＭ0２邋（Ｍ＝Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ）的結(jié)構(gòu)是ａ－ＮａＦｅ0２構(gòu)型，屬于六方晶系，Ｒ－３ｍ逡逑空間點陣群。ＬｂＭｎ0３是由ＬＭｍ層、氧層、鋰層、氧層、ＬｉＭｍ層等重復系列組逡逑成。在ＬｉＭｍ層中的Ｌｉ＋和Ｍｎ４＋形成ＬｉＭｎ６超晶格，這種超晶格使其對稱性降低，逡逑從六方晶系變?yōu)閱涡本�。逡逑４逡�?

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本文編號：2740080