電動汽車和混合電動汽車的快速發(fā)展需要高性能鋰離子電池材料,但現(xiàn)有的鋰離子電池在續(xù)航能力和成本上不能滿足日益增加的需求。目前已研究出大量的具有高能量密度和功率密度的新型負(fù)極材料。但是,目前正極材料的容量無法與負(fù)極材料相匹配。因此,尋找高比容量的正極材料對高性能鋰離子電池至關(guān)重要。因此本文使用濕法球磨加高溫固相的方法制備了高電壓正極材料,并針對材料的主要問題對材料進(jìn)行改性研究。研究內(nèi)容與結(jié)果如下:（1）采用濕法球磨加高溫固相的方法成功制備了一系列xLi₂MnO₃·（1-x）LiMn_0.5Ni_0.5O₂（x=0.3,0.4,0.5,0.6）富鋰材料。0.4LMO樣品在0.1 C倍率下100圈后的放電比容量為212 mAh g^-1,明顯高于0.3LMO和0.6LMO樣品。結(jié)果表明,x Li₂MnO₃·（1-x）LiMn_0.5Ni_0.5O₂樣品的比容量和循環(huán)... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池工作原理示意圖

R-3m 空間群，屬于六方晶系，如圖1-2(a)所示[5]。Li+在 LiCoO2材料層間的擴(kuò)散系數(shù)大概為 10-7~10-9cm2s-1，LiCoO2材料具有 274 mAh g-1的理論放電比容量，但實際比容量約為 140 mAh g-1；在增加充電電壓的情況下，其比容量可達(dá)到 200 mAh g-1。LiCoO2材料在充電和放電過程中，LiCoO2材料僅有一半的 Li+進(jìn)行可逆的脫嵌反應(yīng)，在過度充電情況下，更多的 Li+會從 LiCoO2結(jié)構(gòu)中脫出，但是會嚴(yán)重破壞材料的層狀結(jié)構(gòu)，影響材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。LiCoO2材料具有充放電性能穩(wěn)定、比容量高、易于合成的優(yōu)點。但是其實際的比容量僅為理論比容量的一半，在充電和放電過程中鈷元素的利用率比較低；同時也面臨著鈷資源匱乏、價格比較昂貴、具有毒性等問題，這限制了 LiCoO2材料的大規(guī)模應(yīng)用

如圖 1-3(b)。無序型的 LiNi0.5Mn1.5O4-δ材料，鋰離子位于四面體的 8a 位置，錳離子和鎳離子隨機(jī)分布在 16d 位置。有序型的 LiNi0.5Mn1.5O4材料，Ni 和 Mn 分別位于 12d 和 4a 位，同時鋰離子位于 8c 位置，并且鋰離子通過 8c-4a 和 8c-12d 通道進(jìn)行遷移。P4332 型的 LiNi0.5Mn1.5O4材料晶格對稱性低，晶格常數(shù)小于 Fd-3m型 LiNi0.5Mn1.5O4-δ材料。Fd-3m 型的 LiNi0.5Mn1.5O4材料含有一定量的 Mn3+，它具有更高的電子導(dǎo)電率，因此其電化學(xué)性能優(yōu)于 P4332 結(jié)構(gòu)[41]。研究發(fā)現(xiàn)，這兩種結(jié)構(gòu)的材料可以轉(zhuǎn)化，當(dāng)合成溫度低于700℃時，合成的是P4332 結(jié)構(gòu)的材料，如果提高燒結(jié)溫度則會生成 Fd-3m 結(jié)構(gòu)的材料，另外通過低溫退火，F(xiàn)d-3m 結(jié)構(gòu)的材料也可以轉(zhuǎn)變?yōu)?P4332 結(jié)構(gòu)的材料[42-44]。雖然 LiNi0.5Mn1.5O4材料很多優(yōu)點，但研究過程中人們依然發(fā)現(xiàn)了一些問題：（1）高溫?zé)Y(jié)會導(dǎo)致氧缺失，因此在樣品合成過程中往往會有 LixNi1-xO 或 NiO等雜相；（2）材料的倍率性能應(yīng)進(jìn)一步提高；（3）材料的循環(huán)穩(wěn)定性是面臨的最主要難題。主要是因為電解質(zhì)容易在高電壓下與活性材料發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致電解質(zhì)的分解以及金屬離子的溶出。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Progress in electrolytes for rechargeable Li-based batteries and beyond[J]. Qi Li,Juner Chen,Lei Fan,Xueqian Kong,Yingying Lu.  Green Energy & Environment. 2016(01)



本文編號：3347230