LiNixCoyMnz2(0≤x,y,z<1)與 LiM02(Ni、Co、Mn)相比,因具有高容量和高循環(huán)性能等特點,已成為最重要的鋰離子電池正極材料之一。盡管鋰離子電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域,但仍需要在提升能量密度和熱穩(wěn)定性方面做新突破,以滿足不斷增長的市場需求。其中摻雜優(yōu)化和包覆優(yōu)化已被證實為最為直接有效的兩種優(yōu)化手段。本文采用低高溫雙平臺法對LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2進(jìn)行2%過渡金屬Zr摻雜和2%Li20-2B203包覆的雙重修飾,實現(xiàn)正極材料結(jié)構(gòu)到表面的優(yōu)化。通過多種表征手段證明雙重修飾手段對提升材料電化學(xué)性能有積極影響。事實上,在使電池材料滿足高容量和高能量密度的同時解決熱安全問題更為重要。鋰離子電池在工作過程中伴隨著一系列吸放熱復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),若電池?zé)o法及時散熱就會導(dǎo)致電池?zé)崾Э厣踔帘�。本文�?chuàng)新的使用電化學(xué)-量熱儀聯(lián)用的研究手段,將電池置于高溫(30℃、40℃)下循環(huán),對雙重修飾后的正極材料進(jìn)行了熱電化學(xué)研究,分析電池在不同溫度下放熱規(guī)律。得出熱量和焓變與充放電速率和溫度呈線性正相關(guān);電池的總熱量越低,電池的熱穩(wěn)定性越好的結(jié)論。進(jìn)一步證明了雙重修飾可以...

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 鋰離子電池
        1.1.1 鋰離子電池工作原理
        1.1.2 鋰離子電池的組成
    1.2 正極材料體系
        1.2.1 傳統(tǒng)正極材料
        1.2.2 三元正極材料
    1.3 三元正極材料的制備
        1.3.1 固相合成法
        1.3.2 共沉淀法
        1.3.3 溶膠凝膠法
        1.3.4 其他方法
    1.4 三元正極材料的問題及優(yōu)化改性
        1.4.1 三元正極材料的問題
        1.4.2 摻雜改性
        1.4.3 包覆改性
        1.4.4 雙重改性
    1.5 熱電化學(xué)的研究
    1.6 第一性原理的研究
    1.7 本課題研究意義及主要內(nèi)容
第二章 實驗
    2.1 實驗主要材料和儀器
    2.2 扣式電池的組裝與拆解
        2.2.1 扣式電池的組裝
        2.2.2 扣式電池的拆解
    2.3 材料的結(jié)構(gòu)、形貌、元素測試
        2.3.1 X射線衍射(XRD)表征
        2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)表征
        2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)表征
        2.3.4 能譜儀(EDS)表征
        2.3.5 拉曼光譜(Raman spectra)表征
        2.3.6 熱分析表征
    2.4 電化學(xué)性能測試
        2.4.1 充放電測試
        2.4.2 循環(huán)伏安測試
        2.4.3 交流阻抗測試
    2.5 電化學(xué)-量熱測試
        2.5.1 TAM air等溫量熱儀簡介
        2.5.2 TAM air量熱儀的標(biāo)定
        2.5.3 電化學(xué)—量熱聯(lián)用裝置
第三章 雙重修飾Li₂O-2B₂O₃-Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)_xZr_1-xO₂正極材料的制備和電化學(xué)性能研究
    3.1 雙重修飾Li₂O-2B₂O₃-Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)_xZr_1-xO₂的制備
        3.1.1 引言
        3.1.2 改性材料的選擇
        3.1.3 材料的制備
    3.2 摻雜量對正極材料的影響
        3.2.1 不同摻雜量正極材料的結(jié)構(gòu)表征
        3.2.2 不同摻雜量正極材料的形貌表征
        3.2.3 不同摻雜量正極材料的電化學(xué)性能測試
    3.3 包覆量對正極材料的影響
        3.3.1 不同包覆量正極材料的結(jié)構(gòu)表征
        3.3.2 不同包覆量正極材料的形貌表征
        3.3.3 不同包覆量正極材料的電化學(xué)性能測試
    3.4 最佳優(yōu)化方案與未優(yōu)化材料的對比研究
        3.4.1 雙重修飾前后正極材料結(jié)構(gòu)的對比研究
        3.4.2 雙重修飾前后正極材料形貌的對比研究
        3.4.3 雙重修飾前后正極材料電化學(xué)性能的對比研究
    3.5 本章小結(jié)
第四章 雙重修飾Li₂O-2B₂O₃-(LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3)_0.98Zr_0.02O₂正極材料的熱電化學(xué)性能研究
    4.1 引言
    4.2 鋰離子電池?zé)崾Э卦頇C(jī)制
    4.3 鋰離子電池?zé)犭妳?shù)計算
    4.4 雙重修飾前后正極材料的結(jié)構(gòu)與形貌表征
    4.5 雙重修飾前后正極材料的熱分析
        4.5.1 雙重修飾前后材料的DSC分析
        4.5.2 雙重修飾前后正極材料的TG-DTA分析
    4.6 雙重修飾前后的材料的熱電化學(xué)性能研究
        4.6.1 雙重修飾前后正極材料的電化學(xué)性能分析
        4.6.2 雙重修飾前后正極材料的熱力學(xué)研究
    4.7 本章小結(jié)
第五章 雙重修飾Li₂O-2B₂O₃-(LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3)_0.98Zr_0.02O₂正極材料的第一性原理計算
    5.1 引言
    5.2 第一性原理計算在鋰離子電池中的應(yīng)用
        5.2.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的計算
        5.2.2 電子結(jié)構(gòu)
        5.2.3 能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度
    5.3 計算平臺簡介
        5.3.1 Materials-studio軟件簡介
        5.3.2 CASTEP模塊
    5.4 LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正極材料的計算與建模
        5.4.1 LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂晶體模型的建立
        5.4.2 LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正極材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    5.5 Li(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3)_xZr_1-xO₂正極材料的計算
    5.6 雙重修飾后能量及熱力學(xué)計算
        5.6.1 雙重修飾前后正極材料熱力學(xué)性質(zhì)的計算
    5.7 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
    結(jié)論
    展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄 攻讀碩士學(xué)位發(fā)表的論文及申請的專利



本文編號：3862218