本文關鍵詞：鋰離子電池高壓正極材料鎳錳酸鋰的制備與改性研究

  更多相關文章： 鋰離子電池 LiNi0.5Mn1.5O4 降溫速率 表面包覆 元素摻雜

【摘要】：具有尖晶石結構的鋰離子電池正極材料Li Ni0.5Mn1.5O4具有放電容量大、工作電壓高和能量密度高等優(yōu)點,適用于鋰離子動力電池。但是由于高電壓工作的特性,該材料的循環(huán)穩(wěn)定性有待進一步提高。本文研究了不同燒結工藝條件、表面包覆和陰陽離子摻雜對Li Ni0.5Mn1.5O4材料的形貌和電化學循環(huán)穩(wěn)定性的影響。本論文首先研究了燒結工藝對材料的影響。此外,降溫速率也對材料的性能有影響,隨著降溫速率的減慢,材料中Mn3+的含量逐漸減小,循環(huán)穩(wěn)定性逐漸變差。通過對循環(huán)后的材料和電解液中的Mn、Ni金屬含量進行分析,結果發(fā)現,隨著材料中Mn3+的含量的減少,電解液中溶解的Mn、Ni的摩爾比例增大,材料中的Mn、Ni的含量也減少,電池循環(huán)性能下降。說明在一定范圍內,Mn3+含量越少,越不利于材料的循環(huán)性能。為了提升材料在高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性,主要采取了在材料表面包覆Zn O的方式來抑制Li Ni0.5Mn1.5O4與電解液界面的副反應。采用固相法在Li Ni0.5Mn1.5O4表面包覆一層Zn O后,分別對包覆前后材料在不同溫度下(室溫、40°C和55°C)下進行了循環(huán)性能的研究,容量保持率分別由84.39%提高到86.41%,84.38%提高到86.50%,73.28%提高到87.58%。最后,研究了陽離子Cr摻雜和陰離子F摻雜對材料電化學性能的影響。當對Li Ni0.5Mn1.5O4材料摻雜Cr元素時,材料的循環(huán)穩(wěn)定性有了很大的提高,在室溫0.5C下,Li Ni0.4Cr0.15Mn1.45O4材料循環(huán)116次后容量保持率高達100%,在1C循環(huán)200次后容量保持率為99.1%。當在鎳錳酸鋰材料中摻雜F元素且摻雜量較少時,材料的循環(huán)穩(wěn)定性得到了提高。Li Ni0.5Mn1.5O3.975F0.05材料在55°C下0.5C循環(huán)50次后容量保持率為94.23%。而當F的摻雜量過多時Li Ni0.5Mn1.5O3.95F0.1的循環(huán)性能較差,55°C條件下0.5C循環(huán)50次后容量保持率僅為54.2%。通過以上的研究得出結論,通過燒結工藝控制材料中的Mn3+含量、表面包覆Zn O、適當的摻雜Cr或者F元素可以有效地提高Li Ni0.5Mn1.5O4材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：鋰離子電池 LiNi0.5Mn1.5O4 降溫速率 表面包覆 元素摻雜
【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】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-21
• 1.1 引言8
• 1.2 研究內容概況8-10
• 1.2.1 負極材料研究進展8-9
• 1.2.2 正極材料的研究進展9-10
• 1.3 相關領域國內外研究現狀10-20
• 1.3.1 鎳錳酸鋰的晶體結構、表征以及電化學性能10-15
• 1.3.2 鎳錳酸鋰的合成15-16
• 1.3.3 鎳錳酸鋰的摻雜研究16-19
• 1.3.4 鎳錳酸鋰的包覆研究19-20
• 1.4 本文的研究目的與內容20-21
• 第二章 實驗材料與研究方法21-26
• 2.1 實驗藥品與器材21-22
• 2.1.1 實驗藥品21
• 2.1.2 實驗儀器21-22
• 2.2 材料的制備22-23
• 2.2.1 燒結工藝研究的材料的制備22
• 2.2.2 表面包覆Zn O的材料的制備22-23
• 2.2.3 陰離子氟摻雜的材料的制備23
• 2.2.4 陽離子鉻摻雜的材料的制備23
• 2.3 材料的表征與測試23-24
• 2.3.1 X射線粉末衍射儀23
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡23
• 2.3.3 透射電子顯微鏡23-24
• 2.3.4 傅利葉變換紅外光譜測試24
• 2.3.5 四探針24
• 2.3.6 電感耦合等離子光譜24
• 2.4 扣式電池的組裝24-25
• 2.5 電化學性能測試25-26
• 2.5.1 充放電測試25
• 2.5.2 循環(huán)伏安測試和阻抗測試25
• 2.5.3 恒電位間歇滴定法25-26
• 第三章 高壓正極材料鎳錳酸鋰制備26-43
• 3.1 燒結溫度對鎳錳酸鋰材料的影響26-29
• 3.1.1 燒結溫度對鎳錳酸鋰材料形貌的影響26-27
• 3.1.2 燒結溫度對鎳錳酸鋰材料電化學性能的影響27-29
• 3.2 降溫速率對鎳錳酸鋰材料的影響29-41
• 3.2.1 降溫速率對鎳錳酸鋰材料的形貌的影響29-31
• 3.2.2 降溫速率對鎳錳酸鋰材料的電化學性能的影響31-38
• 3.2.3 不同降溫速率對材料電化學性能影響的機理研究38-41
• 3.4 本章小結41-43
• 第四章 高壓正極材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的改性以及摻雜研究43-66
• 4.1 Zn O包覆對材料性能的影響43-49
• 4.1.1 氧化鋅包覆的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的表征43-45
• 4.1.2 氧化鋅包覆的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的電化學性能研究45-49
• 4.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的陽離子Cr摻雜的研究49-57
• 4.2.1 陽離子Cr摻雜的材料的表征50-52
• 4.2.2 陽離子Cr摻雜的材料的電化學性能52-57
• 4.3 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的陰離子F摻雜的研究57-64
• 4.3.1 陰離子F摻雜的材料形貌的表征57-59
• 4.3.2 陰離子F摻雜的材料的電化學性能59-64
• 4.4 本章小結64-66
• 結論66-67
• 參考文獻67-72
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果72-74
• 致謝74

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 孫強;李新海;王志興;季勇;;Synthesis and electrochemical performance of 5V spinel LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 prepared by solid-state reaction[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2009年01期

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本文編號：530525