發(fā)布時(shí)間：2020-09-21 16:36

　　 隨著汽車尾氣中NOx、PM2.5等環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重,人們迫切需求開發(fā)綠色動(dòng)力電池系統(tǒng)。鋰離子電池因其高能量密度和高功率密度而成為綠色動(dòng)力電池的首要選擇。在傳統(tǒng)的鋰離子電池材料中,層狀的氧化鈷鋰材料(LiCo O2)由于鈷資源的稀缺和毒性以及高溫條件下較差的安全性等問題,使得該材料在動(dòng)力電池的應(yīng)用成本增大。而橄欖石型的磷酸鐵鋰(LiFe PO4)材料因其低的能量密度,很難滿足下一代動(dòng)力電池的需求。因而開發(fā)新型的、環(huán)境友好的鋰離子動(dòng)力電池材料越來越受到大家的親睞。本論文主要以發(fā)展綠色鋰離子動(dòng)力電池材料為中心,設(shè)計(jì)和制備了一系列高性能的富鋰錳基鋰離子電池層狀正極材料,并考察了其在鋰離子電池中應(yīng)用。本論文的主要內(nèi)容包括以下兩部分:(一)表面梯度鈉離子摻雜對(duì)于提高富鋰材料動(dòng)力學(xué)性能的研究通過在氯化鈉熔融條件下,基于鈉離子在高溫下的熱力學(xué)濃差梯度的擴(kuò)散,實(shí)現(xiàn)鈉離子在富鋰材料表面的梯度摻雜。利用鈉離子在結(jié)構(gòu)中的釘扎效應(yīng)來維持材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、改進(jìn)材料的動(dòng)力學(xué)性能,進(jìn)而提高富鋰材料的倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性能。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線粉末衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS),球差校正透射電鏡(STEM)以及電化學(xué)技術(shù)對(duì)材料微觀形貌,晶體結(jié)構(gòu),表面組成進(jìn)行了細(xì)致的研究,并且測(cè)試其作為鋰離子正極材料電化學(xué)性能。該材料在0.1C電流密度下放電比容量可達(dá)285 mAh g-1,首圈庫倫效率高達(dá)87%,并且倍率性能優(yōu)越,在電流密度為0.2C、0.5C、1C和2C下的放電比容量分別為265 mAh g-1、236 mAh g-1、215 mAh g-1以及185 mAh g-1。并且在0.2C下,循環(huán)100圈后,克容量保持在233 mAh g-1,具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。(二)基于KCl/Na2CO3熔融鹽條件下富鋰材料的制備及其性能研究采用共沉淀的方式,合成形貌均勻的碳酸鹽前驅(qū)體,將碳酸鹽煅燒成氧化物后,與化學(xué)計(jì)量比的碳酸鋰、碳酸鈉以及氯化鉀混合后于高溫下煅燒,得到鈉離子摻雜的并且具有大量結(jié)構(gòu)缺陷的富鋰材料。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線粉末衍射(XRD)、電化學(xué)技術(shù)對(duì)富鋰材料進(jìn)行了研究,得到高比容量、倍率性能優(yōu)異以及循環(huán)穩(wěn)定的富鋰材料。該材料在0.1C(1C=250 m A g-1)下放電容量可達(dá)270mA h g-1,首圈庫倫效率84%,倍率性能優(yōu)越,0.2C、0.5C、1C、2C、4C下放電容量分別為252mAh g-1、230mAh g-1、200mAh g-1、180mAh g-1以及130 mAh g-1。材料在0.5C下循環(huán)100圈后,容量保持率92%。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TQ131.11;TM912
【部分圖文】：

989-2014年間世界能源使用結(jié)構(gòu)變化

圖 1.4 目前主要正極材料電壓和質(zhì)量比容量示意圖[ 7]3.1 鈷酸鋰（ LiCoO2）鈷酸鋰 LiCoO2于 1991 年由日本索尼公司首次實(shí)現(xiàn)在鋰離子電池中商業(yè)正極材料。鈷酸鋰為具有 α-NaFeO2型層狀晶體結(jié)構(gòu)的材料，其空間群為 R

圖 1.7 LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)圖[4 ]LiFePO4晶體的空間群為 Pbma，沿不同取向的晶胞參數(shù)分別為：沿 a =0.6008 nm，沿 b 軸 b=1.0334 nm 以及沿 c 軸 c=0.4694 nm。結(jié)構(gòu)中包含 FeOiO6以及 PO4三個(gè)部分。其中鋰離子在八面體的 4a 位，鐵離子在八面體的 4c 位鋰層，Li+占據(jù)一半八面體的位置[ 4,14]。在電化學(xué)過程中，LiFePO4脫鋰后轉(zhuǎn)

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