本文關(guān)鍵詞：Co-Ni-Mn鋰離子電池正極材料的制備及包覆、摻雜改性研究

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【摘要】：Co-Ni-Mn三元正極材料同時具備鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰三者的優(yōu)點:循環(huán)性穩(wěn)定、安全性高、容量大。它的出現(xiàn)給鋰離子二次電池的發(fā)展領(lǐng)域提供了光明前景。但其自身也存在著一些缺陷,仍需改進。本實驗以Na OH為沉淀劑,氨水為絡(luò)合劑,采用共沉淀法制備出了層狀結(jié)構(gòu)Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料,實驗采用XRD、SEM及電化學(xué)性能測試手段對材料進行了綜合分析研究,優(yōu)化出了制備Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料的較優(yōu)工藝過程:在p H值為11條件下,共沉淀制備正極材料前驅(qū)體;前驅(qū)體以Li/M為1.05:1摻入氫氧化鋰,500℃預(yù)燒5h,850℃煅燒10h。在電壓2.0~4.8V,0.1C倍率下,材料的首次放電比容量為220.3m Ah·g-1,20次循環(huán)后,放電比容量為197.4m Ah·g-1。在0.2C、0.5C、1C倍率下的首次放電比容量分別為:182.6m Ah·g-1、118.5m Ah·g-1、104.9m Ah·g-1,庫倫效率分別為:98.89%、97.25%、98.98%。20次循環(huán)后,不同倍率下材料的循環(huán)性能較好。材料在0.2C、0.5C、1C倍率下20次循環(huán)測試后,放電比容量分別為169.1m Ah·g-1、104.9m Ah·g-1、89.59m Ah·g-1,充放電比容效率分別為94.71%、91.53%、87.26%。對Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料進行包覆、摻雜改性研究。研究了不同金屬氧化物(Mg O、Ti O2、Al2O3)進行包覆,對制備出Li Ni1/3Co1/3-1/20Mn1/3M1/20O2(M=Mg、Ti、Al)正極復(fù)合材料物理及電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明包覆Al2O3制備正極材料性能最好,其在0.1C下首次放電比容量可達264.5m Ah·g-1,效率可達95.69%,1C倍率下,20次循環(huán)后Al2O3包覆材料的容量保持率最高,為92.5%。進一步研究了不同Al2O3包覆量對材料的物理及電化學(xué)性能的影響。研究表明,當Al2O3包覆量為1/20時,材料的性能尤為顯著,0.1C倍率下材料首次放電比容量為264.5m Ah·g-1,20次充放電循環(huán)后的放電量為246.0m Ah·g-1,容量保持率為93.01%。實驗運用F-及Al3+共摻雜,對所制備正極材料Li Ni1/3Co1/3-1/20Mn1/3Al1/20O2F0.05進行了研究。在電壓范圍2.0~4.8V,充放電倍率0.1C條件下,其首次充放電比容量分別為222.6m Ah·g-1、213.4m Ah·g-1,20次循環(huán)后其放電量為193.4m Ah·g-1,容量保持率為90.62%。
【關(guān)鍵詞】：三元正極材料 液相共沉淀法 鋰離子電池 包覆改性 充放電
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 引言13
• 1.2 鋰離子電池的概況13-17
• 1.2.1 鋰離子電池發(fā)展史13-15
• 1.2.2 鋰離子電池的構(gòu)成及工作原理15-16
• 1.2.3 鋰離子電池的特點16-17
• 1.2.4 鋰離子電池的應(yīng)用17
• 1.3 正極材料的選取原則17-18
• 1.4 鋰離子電池正極材料的概況18-20
• 1.4.1 氧化鈷鋰正極材料(LiCoO_2)18
• 1.4.2 氧化鎳鋰正極材料(LiNiO_2)18-19
• 1.4.3 鈷鋰鎳復(fù)合氧化物正極材料(LiCo_(1-x)Ni_xO_2)19
• 1.4.4 尖晶石LiMn_2O_4正極材料19-20
• 1.4.5 橄欖石LiFePO_4正極材料20
• 1.5 Co-Ni-Mn三元正極材料20-23
• 1.5.1 Co-Ni-Mn三元正極材料的制備方法21-23
• 1.6 Co-Ni-Mn三元正極材料的改性研究23-25
• 1.6.1 離子摻雜改性24
• 1.6.2 包覆改性24-25
• 1.7 本論文的選題意義和研究內(nèi)容25-27
• 第2章 實驗材料及測試方法27-34
• 2.1 實驗原料27
• 2.2 實驗所用儀器27-28
• 2.3 實驗方法28-31
• 2.3.1 Co-Ni-Mn三元正極材料的制備流程圖28-29
• 2.3.2 Co-Ni-Mn三元正極材料的制備方法29-30
• 2.3.3 電池的制備30-31
• 2.4 Co-Ni-Mn三元正極材料的表征方法和電池性能測試31-34
• 2.4.1 X射線衍射分析 (XRD)測試31-32
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡(SEM)表征32
• 2.4.3 充放電性能測試32-33
• 2.4.4 交流阻抗和循環(huán)伏安測試33-34
• 第3章 Co-Ni-Mn鋰離子正極材料的制備及性能研究34-56
• 3.1 不同pH值下合成材料的性能影響34-39
• 3.1.1 不同pH值下所制備材料的XRD分析34-35
• 3.1.2 不同pH值下所制備材料的SEM分析35-37
• 3.1.3 不同pH值下所制備材料的充放電性能分析37-38
• 3.1.4 不同pH值下所制備材料的交流阻抗分析38-39
• 3.2 不同鋰過量所制備材料的性能影響39-44
• 3.2.1 不同化學(xué)計量比Li/M所制備材料的XRD分析39-40
• 3.2.2 不同化學(xué)計量比Li/M所制備材料的SEM分析40-41
• 3.2.3 不同化學(xué)計量比Li/M所制備材料的充放電性能分析41-43
• 3.2.4 不同化學(xué)計量比Li/M所制備材料的交流阻抗分析43-44
• 3.3 不同煅燒溫度下所制備材料的性能影響44-50
• 3.3.1 不同煅燒溫度所制備材料的XRD分析45-46
• 3.3.2 不同煅燒溫度所制備材料的SEM分析46-48
• 3.3.3 不同煅燒溫度所制備材料的充放電性能分析48-49
• 3.3.4 不同煅燒溫度所制備材料的交流阻抗分析49-50
• 3.4 優(yōu)化條件下所制備材料的研究50-54
• 3.4.1 優(yōu)化條件下所制備材料的不同倍率充放電性能分析50-53
• 3.4.2 優(yōu)化條件下所制備材料的循環(huán)伏安分析53-54
• 3.5 本章小結(jié)54-56
• 第4章 包覆、摻雜改性對Co-Ni-Mn鋰離子正極材料性能的影響56-74
• 4.1 不同金屬氧化物包覆制備材料的性能研究56-66
• 4.1.1 不同金屬氧化物包覆制備LiNi_(1/3)Co_(1/3)-1/20Mn_(1/3)M_(1/20)O_2正極材料的XRD分析56-58
• 4.1.2 不同金屬氧化物包覆制備LiNi_(1/3)Co_(1/3)-1/20Mn_(1/3)M_(1/20)O_2正極材料的SEM分析58-59
• 4.1.3 不同金屬氧化物包覆材料的充放電性能分析59-61
• 4.1.4 不同金屬氧化物包覆材料的交流阻抗分析61-62
• 4.1.5 不同金屬氧化物包覆材料的不同倍率下充放電性能分析62-66
• 4.2 不同Al_2O_3包覆量對所制備LiNi_(1/3)Co_(1/3)-1/20Mn_(1/3)M_(1/20)O_2正極材料的性能研究66-68
• 4.2.1 不同Al_2O_3包覆量所制備材料的XRD分析66-67
• 4.2.2 不同包覆量所制備材料的充放電性能67-68
• 4.3 F~-及Al~(3+)共摻雜對所制備LiNi_(1/3)Co_(1/3)-1/20Mn_(1/3)M_(1/20)O_2正極材料的性能研究68-72
• 4.3.1 F~-及Al~(3+)共摻雜所制備材料的SEM分析68-69
• 4.3.2 F~-及Al~(3+)共摻雜所制備材料的充放電性能分析69-70
• 4.3.3 F~-及Al~(3+)共摻雜所制備材料的交流阻抗分析70-71
• 4.3.4 F~-及 Al~(3+)共摻雜所制備材料的交流阻抗分析71-72
• 4.4 本章小結(jié)72-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻76-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果84-85
• 致謝85-86

【參考文獻】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 姜濤;聚陰離子型正極材料Li_3V_2（PO_4）_3和Na_2FePO_4F的制備與性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2010年

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本文編號：645768