本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池三元正極材料的合成工藝與改性研究

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2 磷酸鋰 共沉淀 摻雜 流變相反應(yīng)

【摘要】：鋰離子電池作為新一代二次電池具有能量密度高、自放電率低、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、輸出電壓高及對環(huán)境友好等特點(diǎn),在便攜電子設(shè)備,電動汽車,儲能材料,航空航天等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前,已經(jīng)商品化的鋰離子電池正極材料有LiCoO_2,LiMn2O_4,LiFePO_4等,隨著鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)展,對其正極材料的能量密度,電壓范圍,倍率性能及生產(chǎn)成本等方面提出了更高的要求。在LiCoO_2,LiMnO_2,LiNiO_2層狀結(jié)構(gòu)材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的LiNi_xCo_yMn_zO_2鋰離子電池三元正極材料,理論容量達(dá)到278 mAh?g-1,在降低原料成本的同時具有更優(yōu)異的電化學(xué)性能,被認(rèn)為是很有前景的新一代鋰離子電池正極材料。本論文選擇LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2鋰離子電池正極材料為研究對象,以獲得更加優(yōu)化的制備工藝條件和提高材料的充放電性能為目標(biāo),通過兩種方式采用Li_3PO_4電解質(zhì)對其進(jìn)行改性,取得較好的效果,為LiNi_xCo_yMn_zO_2正極材料的商業(yè)化應(yīng)用提供了一種新的思路和方法。論文首先采用氫氧化物共沉淀法在紊流循環(huán)反應(yīng)釜中合成Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驅(qū)體,并對其制備工藝進(jìn)行了探索,優(yōu)化。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驅(qū)體制備最佳工藝條件為:反應(yīng)溫度50℃,反應(yīng)時間6小時,表面活性劑添加0.8 wt%,攪拌速度為2000 rpm,終點(diǎn)pH值為11.6;得到的前驅(qū)體為類球形顆粒,粒度分布均勻,中位粒徑D50=1.466μm。將前驅(qū)體與鋰鹽按照n(Li)/n(Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3))=1.03/1,經(jīng)過550℃和900℃,進(jìn)行熱處理得到形貌規(guī)整,均一類球形的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正極材料。用XRD、SEM、ICP-AES、TG-DTA、粒度分析、充放電循環(huán)測試、交流阻抗、循環(huán)伏安等測試方法對產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和性能分析。該材料在2.2~4.6 V電壓范圍內(nèi),0.1 C的倍率下首次放電比容量達(dá)到181.3 mAh?g-1,30次充放電循環(huán)后,容量保持率為67.5%。Li_3PO_4為導(dǎo)電性良好的電解質(zhì),論文嘗試了將Li_3PO_4作為電解液添加劑來提高電池的整體性能。向1 mol·L-1的LiPF6/(EC+DMC+MC)電解液體系中加入2 wt%磷酸鋰能夠獲得最佳的性能:在2.2~4.6V電壓范圍內(nèi),0.1C倍率下首次充放電比容量達(dá)到194.8 mAh?g-1,30次充放電循環(huán)后,容量保持率為85.3%。運(yùn)用流變相法采用磷酸鋰對LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2鋰離子正極材料進(jìn)行了體相摻雜,結(jié)果表明摻雜量為1wt%時,在2.2~4.6V電壓范圍內(nèi),0.1C倍率下首次充放電比容量達(dá)到188.6 mAh?g-1,30次充放電循環(huán)后,容量保持率為92.9%。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2 磷酸鋰 共沉淀 摻雜 流變相反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 文獻(xiàn)綜述12-29
• 1.1 前言12
• 1.2 鋰離子電池簡介12-15
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展概況12-13
• 1.2.2 鋰離子電池的基本原理13-14
• 1.2.3 鋰離子電池的特點(diǎn)14-15
• 1.2.4 鋰離子電池的構(gòu)成15
• 1.3 鋰離子電池正極材料的研究現(xiàn)狀15-21
• 1.3.1 鋰鈷氧正極材料LiCoO_216-17
• 1.3.2 鋰鎳氧正極材料LiNiO_217-18
• 1.3.3 鋰錳氧正極材料18-20
• 1.3.4 磷酸鐵鋰材料LiFePO_420-21
• 1.3.5 其他鋰離子電池正極材料21
• 1.4 鎳鈷錳三元系LiNi_xCo_yMn_zO_2正極材料21-26
• 1.4.1 LiNi_xCo_yMn_zO_2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)22-23
• 1.4.2 LiNi_xCo_yMn_zO_2合成方法23-25
• 1.4.3 LiNi_xCo_yMn_zO_2改性研究25-26
• 1.5 本論文的選題依據(jù)、研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)26-29
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分29-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料和試劑29-31
• 2.2 材料的物理化學(xué)性質(zhì)表征方法31-32
• 2.2.1 X射線衍射分析(XRD)31
• 2.2.2 熱重分析(TG/DTA)31
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡(SEM)31
• 2.2.4 元素含量分析(ICP-AES)31-32
• 2.2.5 激光粒度分析(PSA)32
• 2.3 材料電化學(xué)性能測試32-34
• 2.3.1 扣式電池的組裝32-33
• 2.3.2 電池恒流充放電循環(huán)測試測試33
• 2.3.3 循環(huán)伏安測試(CV)33
• 2.3.4 交流阻抗測試(EIS)33-34
• 第3章 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正極材料的制備工藝及性能研究34-54
• 3.1 引言34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分34-36
• 3.3 Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驅(qū)體合成和表征36-43
• 3.3.1 Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驅(qū)體合成工藝條件的研究36-41
• 3.3.2 Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2前驅(qū)體的表征41-43
• 3.4 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2鋰離子電池正極材料的合成和表征43-52
• 3.4.1 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正極材料合成工藝的研究43-49
• 3.4.2 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2鋰離子電池正極材料的表征49-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 第4章 超細(xì)Li_3PO_4作為電解液添加劑對LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2電池電化學(xué)性能的影響54-61
• 4.1 引言54-55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分55
• 4.2.1 合成超細(xì)磷酸鋰55
• 4.2.2 含磷酸鋰的電池的組裝55
• 4.3 電化學(xué)性能分析55-59
• 4.3.1 恒流充放電循環(huán)測試55-57
• 4.3.2 循環(huán)伏安測試57-58
• 4.3.3 電化學(xué)交流阻抗測試58-59
• 4.4 本章小結(jié)59-61
• 第5章 Li_3PO_4摻雜LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正極材料的制備與性能研究61-69
• 5.1 引言61
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分61-62
• 5.3 結(jié)果與討論62-68
• 5.3.1 物相結(jié)構(gòu)分析62-63
• 5.3.2 表面形貌分析63-64
• 5.3.3 電化學(xué)性能分析64-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第6章 結(jié)論與展望69-71
• 6.1 結(jié)論69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-84
• 攻讀碩士期間已發(fā)表的論文84-85
• 致謝85

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3 本報記者 馮健;動力鋰離子電池：安全性制約應(yīng)用[N];中國電子報;2009年

4 記者 趙t熻，

本文編號：722809