高鎳基鋰離子電池正極材料的制備及電化學(xué)性能的研究
發(fā)布時(shí)間：2021-12-19 17:12
面對(duì)日益嚴(yán)重的資源壓力和環(huán)境危機(jī),發(fā)展可再生能源被認(rèn)為是亟待需要解決的技術(shù)問(wèn)題。高鎳基三元材料LiNi1-x-yCoxMnyO2因其高比容量成為鋰離子電池正極材料中最具有應(yīng)用前景的候選材料,因此對(duì)高能量電池材料的研究有著重要的意義。本文主要以NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O和MnSO4·H2O為原料,用共沉淀法制備三元前驅(qū)體Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2,與LiOH·H2O球磨混合后,通過(guò)高溫固相法燒結(jié),最終獲得高鎳基鋰離子電池三元正極材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。主要以LiNi0.8Co0.1Mn...
【文章來(lái)源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
鋰離子電池工作原理圖
重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文4隙層隔開(kāi)。其中Li+和Co3+分別位于八面體的3a和3b位置，由緊密堆積的氧離子層隔開(kāi)。圖1.2層狀LiCoO2的晶體結(jié)構(gòu)圖Fig.1.2CrystalstructureoflayeredLiCoO2在完全鋰化狀態(tài)下，LiCoO2保持為六方晶型的層狀結(jié)構(gòu)，在充電期間Li會(huì)從層狀結(jié)構(gòu)中脫出，在脫出50%的鋰后，材料會(huì)由六方相轉(zhuǎn)化到單斜相，因此會(huì)形成非化學(xué)計(jì)量比的Li1-xCoO2化合物。根據(jù)鋰含量的不同，缺鋰化合物具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。因此，與理論容量（280mAh/g）相比，這種材料具有的固有屬性（結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性）降低了LiCoO2的實(shí)際電化學(xué)容量（可達(dá)到的最大值為140mAh/g）。由于LiCoO2的高成本以及實(shí)際比容量低，這限制了鋰離子電池性能的進(jìn)一步提高和更為廣泛的應(yīng)用，基于此研究者們提出了一種基本上與LiCoO2等結(jié)構(gòu)的層狀LiNiO2，并作為可能的替代物進(jìn)行了研究。LiNiO2比LiCoO2成本更低且具有更優(yōu)異的可逆容量，但在實(shí)驗(yàn)室中卻難以合成理想的R3m層狀結(jié)構(gòu)的LiNiO2，主要是因?yàn)樵诤铣蛇^(guò)程中，很難控制鋰離子向過(guò)渡金屬層的遷移，這大大降低了其電化學(xué)活性[7]。2001年Ohzuku等[8]提出了另一種方法制備二元LiNi0.5Mn0.5O2鋰離子電池正極材料，它是LiNiO2和LiMnO2以1：1比例混合的固溶體化合物。在該類材料中，鎳處于+2價(jià)，發(fā)生Ni2+→Ni4+的變化，而Mn處于+4價(jià)不變[9]，因此Mn4+在電化
重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文6另一個(gè)則是由于Mn3+離子的存在而引起的Jahn-Teller效應(yīng)，從而材料結(jié)構(gòu)發(fā)生尖晶石相到四方相的不可逆相變過(guò)程[23,24]。圖1.3尖晶石iLiMn2O4的晶體結(jié)構(gòu)圖Fig.1.3CrystalstructureofspinelLiMn2O4盡管這些尖晶石氧化物成本低且安全，但其實(shí)際能量密度與其他正極材料不具有可比性，為了改善材料的電化學(xué)性能，人們提出了各種方法來(lái)抑制Mn的溶解并使容量衰減達(dá)到最校在這些方法中，摻雜在提高LiMn2O4的電化學(xué)性能中起著重要的作用。通過(guò)各種摻雜如Ni，Mg，Ti，Zn，Al，Cr，F(xiàn)e等，認(rèn)為它們抑制了Jahn-Teller效應(yīng)中活性Mn3+離子的形成，最終抑制其電化學(xué)性能的惡化[25]。其中Ni摻雜LiMn2O4組成的LiNi0.5Mn1.5O4具有最佳的電化學(xué)性能，具有高工作電壓和良好的倍率性能[26]。在充放電循環(huán)期間，LiNi0.5Mn1.5O4中Ni處于+2價(jià)，Mn處于+4價(jià)。由于合成條件的不同，LiNi0.5Mn1.5O4材料存在不同的結(jié)構(gòu)：（1）無(wú)序的LiNi0.5Mn1.5O4-δ，其所屬空間群為Fd3m；（2）有序化學(xué)計(jì)量LiNi0.5Mn1.5O4，空間群為P432[27,28]。
本文編號(hào)：3544746
【文章來(lái)源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
鋰離子電池工作原理圖
重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文4隙層隔開(kāi)。其中Li+和Co3+分別位于八面體的3a和3b位置，由緊密堆積的氧離子層隔開(kāi)。圖1.2層狀LiCoO2的晶體結(jié)構(gòu)圖Fig.1.2CrystalstructureoflayeredLiCoO2在完全鋰化狀態(tài)下，LiCoO2保持為六方晶型的層狀結(jié)構(gòu)，在充電期間Li會(huì)從層狀結(jié)構(gòu)中脫出，在脫出50%的鋰后，材料會(huì)由六方相轉(zhuǎn)化到單斜相，因此會(huì)形成非化學(xué)計(jì)量比的Li1-xCoO2化合物。根據(jù)鋰含量的不同，缺鋰化合物具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。因此，與理論容量（280mAh/g）相比，這種材料具有的固有屬性（結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性）降低了LiCoO2的實(shí)際電化學(xué)容量（可達(dá)到的最大值為140mAh/g）。由于LiCoO2的高成本以及實(shí)際比容量低，這限制了鋰離子電池性能的進(jìn)一步提高和更為廣泛的應(yīng)用，基于此研究者們提出了一種基本上與LiCoO2等結(jié)構(gòu)的層狀LiNiO2，并作為可能的替代物進(jìn)行了研究。LiNiO2比LiCoO2成本更低且具有更優(yōu)異的可逆容量，但在實(shí)驗(yàn)室中卻難以合成理想的R3m層狀結(jié)構(gòu)的LiNiO2，主要是因?yàn)樵诤铣蛇^(guò)程中，很難控制鋰離子向過(guò)渡金屬層的遷移，這大大降低了其電化學(xué)活性[7]。2001年Ohzuku等[8]提出了另一種方法制備二元LiNi0.5Mn0.5O2鋰離子電池正極材料，它是LiNiO2和LiMnO2以1：1比例混合的固溶體化合物。在該類材料中，鎳處于+2價(jià)，發(fā)生Ni2+→Ni4+的變化，而Mn處于+4價(jià)不變[9]，因此Mn4+在電化
重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文6另一個(gè)則是由于Mn3+離子的存在而引起的Jahn-Teller效應(yīng)，從而材料結(jié)構(gòu)發(fā)生尖晶石相到四方相的不可逆相變過(guò)程[23,24]。圖1.3尖晶石iLiMn2O4的晶體結(jié)構(gòu)圖Fig.1.3CrystalstructureofspinelLiMn2O4盡管這些尖晶石氧化物成本低且安全，但其實(shí)際能量密度與其他正極材料不具有可比性，為了改善材料的電化學(xué)性能，人們提出了各種方法來(lái)抑制Mn的溶解并使容量衰減達(dá)到最校在這些方法中，摻雜在提高LiMn2O4的電化學(xué)性能中起著重要的作用。通過(guò)各種摻雜如Ni，Mg，Ti，Zn，Al，Cr，F(xiàn)e等，認(rèn)為它們抑制了Jahn-Teller效應(yīng)中活性Mn3+離子的形成，最終抑制其電化學(xué)性能的惡化[25]。其中Ni摻雜LiMn2O4組成的LiNi0.5Mn1.5O4具有最佳的電化學(xué)性能，具有高工作電壓和良好的倍率性能[26]。在充放電循環(huán)期間，LiNi0.5Mn1.5O4中Ni處于+2價(jià)，Mn處于+4價(jià)。由于合成條件的不同，LiNi0.5Mn1.5O4材料存在不同的結(jié)構(gòu)：（1）無(wú)序的LiNi0.5Mn1.5O4-δ，其所屬空間群為Fd3m；（2）有序化學(xué)計(jì)量LiNi0.5Mn1.5O4，空間群為P432[27,28]。
本文編號(hào)：3544746
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/huaxuehuagong/3544746.html
最近更新
教材專著
