本文以富鋰無序巖鹽結(jié)構(gòu)正極材料為研究對象,系統(tǒng)研究了合成工藝對材料結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響,并研究了其在不同電壓范圍內(nèi)的電化學(xué)行為及Li⁺的擴散行為。針對材料循環(huán)容量衰減快和倍率性能差等問題,本文采用摻雜改性的方法以改善其電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:采用溶膠凝膠法制備了納米級的富鋰無序正極材料LiNi_0.5Ti_0.5O₂。探討了燒結(jié)溫度,分散劑用量和球磨制度與材料結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的關(guān)系。研究表明,當(dāng)乙二醇與金屬陽離子的摩爾比為1.4:1,燒結(jié)前經(jīng)干磨處理,600℃燒結(jié)得到的LiNi_0.5Ti_0.5O₂具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。在20 mA g^-1的電流密度下,其首次放電比容量為93.2 mAh g^-1,55次循環(huán)后,容量保持率為69.7%。采用溶膠凝膠法制備了納米級的富鋰無序巖鹽結(jié)構(gòu)正極材料Li_1+x/3Ni_1/2-x/2Ti

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池工作原理圖

（4）高倍率性能：可以進行大電流放電，能滿足汽車需求；（5）工作溫度范圍廣：可在-25-45 ℃區(qū)間內(nèi)工作；（6）無記憶效應(yīng)，無環(huán)境污染。當(dāng)然，鋰離子電池也存在一些缺點，如生產(chǎn)成本較高、高溫下安全性不足等。1.3 鋰離子電池正極材料鋰離子電池屬于二次電池，正負極為能可逆的嵌入與脫出鋰離子的化合物。鋰離子電池一般由正極、負極、隔膜、電解質(zhì)和集流體等構(gòu)成。正極化合物主要有 LiCoO2、LiNiO2、Li[NiCoMn]O2、LiMn2O4以及 LiFePO4等，負極主要有碳材料、金屬氧化物、硅和多元鋰合金等。電解質(zhì)通常為溶解有鋰鹽的有機溶劑，主要包括乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯。正極材料是鋰離子電池中極其關(guān)鍵的一部分，是鋰離子電池高能量密度的決定性因素。目前正極材料主要包括層狀、尖晶石型和橄欖石型三大類，圖 1.2 所示為三者晶體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖 1.3 巖鹽結(jié)構(gòu)類的氧化物 Li-TM 中鋰離子 o-t-o 躍遷模式[51]Fig. 1.3 Environments for an o-t-o Li hop in rocksalt-like Li-TM oxides此后，Ceder 課題組相繼開發(fā)設(shè)計了多種新型富鋰無序巖鹽正極材料，并采用密度泛 函理論對 各類材料 做了大量 計算工作 。 這些材 料主要包括LixNi2 4x/3Sbx/3O2(x = 1.00-1.15)[52]，Li1+x/100Ni1/2-x/120Ti1/2-x/120Mox/150O2(x = 0，5，10，15，20)[53]和 Li1.25Nb0.25Mn0.5O2[54]。上述材料的電化學(xué)性能與滲逾網(wǎng)絡(luò)理論一致，隨著富鋰程度的提升，放電比容量增加。其中 Li1.2Ni1/3Ti1/3Mo2/15O2的首次放電容量可達 250 mAh g-1，能量密度高達 750 Wh Kg-1。同時，其它各國科學(xué)工作者也對無序巖鹽結(jié)構(gòu)正極材料作了相關(guān)報道，進一步證實了滲逾網(wǎng)絡(luò)理論。加拿大 J. R. Dahn[55]課題組報道了無序正極材料 Li(1+x)Ti2xFe(1 3x)O2(0≤x≤ 0.333)，并利用 ICP、SEM、XRD 和 XAS 等表征手段來量化陽離子無序的程度和預(yù)測材料的電化學(xué)性能，結(jié)果與滲逾網(wǎng)絡(luò)理論一致。研究發(fā)現(xiàn) Li1.13Ti0.26Fe0.61O2的放電比容量超過 Fe3+/4+是由于 O2-/1-，證實了正極材料中氧會參與反應(yīng)及研究了其反應(yīng)[53-54,56][57]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]富鋰正極材料xLi3NbO4·（1-x）LiMO2（M=Mn,Co;0<x<1）的制備及電化學(xué)性能研究[J]. 楊春,龔正良,趙文高,楊勇.  化學(xué)學(xué)報. 2017(02)



本文編號：3608746