發(fā)布時間：2017-10-08 14:00

  本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池低鈷富鋰正極材料的摻雜改性研究

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【摘要】：鋰離子電池自問世以來,發(fā)展較為迅速。目前,鋰離子電池已在多個領(lǐng)域得到應用。但是其在循環(huán)壽命和安全性等方面還存在問題。而正極材料是制約鋰電池進一步大規(guī)模應用的關(guān)鍵因素。近年來,富鋰材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2(0x1,M=Mn,Co,Ni)由于比容量高,成本低收到人們的關(guān)注。由于Co組分成本高,且有毒性,本文選擇合成低鈷富鋰材料,并對其進行摻雜改性,以改善材料的循環(huán)性能。采用共沉淀合成Mg摻雜Li_(1.17)Ni_(0.25)Mn_(0.58)O_2材料,并探究摻雜對材料結(jié)構(gòu)和電化學性能的影響。結(jié)果表明所合成的材料具有良好的層狀結(jié)構(gòu),平均粒徑在200 nm左右。摻雜后,材料的放電容量得到提高。2 C倍率下樣品Li_(1.17)Ni_(0.25)-xMn_(0.58)Mg_x O_2(x=0、0.01、0.02、0.05)的首次放電比容量分別為116.6、142、155.9和62.4 mAh·g~(-1),循環(huán)100次后,容量分別為107.8、127.6、148.3和54.5 mAh·g~(-1)。當摻雜量為0.02時材料的性能達到最佳,55°C下,其1 C的首次放電比容量達到214.1 mAh·g~(-1)。采用溶膠凝膠法合成Al摻雜Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_2。材料的平均粒徑在100-200nm,摻雜后材料的粒徑和結(jié)構(gòu)沒有明顯變化。當摻雜量為0.05時,材料的循環(huán)性能最佳。在0.2 C倍率下,純樣和Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.03)A_(0.05)O_2的首次放電比容量分別為164.4和225.4 mAh·g~(-1)。在2 C倍率下循環(huán)100次,兩種材料的容量保持率分別為78.7%和99.3%。CV測試表明適量摻雜可減小電極材料的電化學極化,當摻雜量為0.05時,電極的極化程度最小。EIS譜圖說明摻雜后材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻變小,鋰離子擴散系數(shù)變大。采用溶膠凝膠法合成Fe摻雜Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_2。XRD圖譜說明所合成的材料具有良好的層狀結(jié)構(gòu),Fe~(3+)并沒有改變材料的結(jié)構(gòu)。SEM圖說明摻雜沒有明顯改變樣品的形貌,但摻雜后材料表面發(fā)生團聚。在2 C倍率充放電循環(huán)中,Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08-x)Fe_x O_2(x=0、0.01、0.03、0.05、0.08)的首次放電比容量分別為70.8、79.6、85.8、108.9和82.6 mAh·g~(-1),100次循環(huán)后其容量分別為73.2、75.2、85.3、104.7和74.8 mAh·g~(-1)。循環(huán)伏安測試表明摻雜樣品Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.03)Fe_(0.05)O_2氧化還原峰峰值差更小,材料的可逆性更好。EIS測試表明摻雜后電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct值變小,鋰離子的嵌入過程阻力變小,更有利于鋰離子的擴散。計算知純樣和Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.03)Fe_(0.05)O_2的擴散系數(shù)分別為3.67×10~(-17) cm~2·s~(-1)和2.52×10~(-16) cm~2·s~(-1）,說明摻雜后材料的擴散系數(shù)增大。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 正極材料 富鋰材料 低鈷 摻雜
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ131.11;TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 鋰離子電池簡介9-10
• 1.3 鋰離子電池正極材料的研究進展10-21
• 1.3.1 層狀材料10-12
• 1.3.2 尖晶石型材料12-13
• 1.3.3 聚陰離子型材料13-14
• 1.3.4 富鋰材料14-21
• 1.4 本文研究的目的和主要內(nèi)容21-22
• 第二章 實驗材料和測試方法22-27
• 2.1 實驗藥品及儀器設(shè)備22-23
• 2.1.1 實驗材料22-23
• 2.1.2 實驗儀器23
• 2.2 電極材料的制備23-25
• 2.2.1 Li_(1.17)Ni_(0.25-x)Mn_(0.58)Mg_xO_2 (0≤ x≤ 0.05)正極材料的制備23-24
• 2.2.2 Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)及摻雜材料的制備24-25
• 2.3 電池的組裝25
• 2.4 電極材料表征25-27
• 2.4.1 X射線衍射分析(XRD)25-26
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡測試(SEM)26
• 2.4.3 透射電鏡(TEM)和EDS mapping測試26
• 2.4.4 充放電測試26
• 2.4.5 循環(huán)伏安測試(CV)26
• 2.4.6 電化學阻抗譜測試(EIS)26-27
• 第三章 Li_(1.17)Ni_(0.25-x)Mn_(0.58)Mg_xO_2 (0≤ x≤ 0.05)的結(jié)構(gòu)及性能27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 結(jié)果與分析27-39
• 3.2.1 Li_(1.17)Ni_(0.25-x)Mn_(0.58)Mg_xO_2 (0≤ x≤ 0.05)的結(jié)構(gòu)及形貌分析27-29
• 3.2.2 正極材料電化學性能表征29-39
• 3.3 本章小結(jié)39-40
• 第四章 Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08-x)Al_xO_2 (0≤ x≤ 0.08)的結(jié)構(gòu)及性能40-53
• 4.1 引言40
• 4.2 結(jié)果與分析40-51
• 4.2.1 Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08-x)Al_xO_2 (0≤ x≤ 0.08)的結(jié)構(gòu)及形貌分析40-44
• 4.2.2 正極材料電化學性能表征44-51
• 4.3 本章小結(jié)51-53
• 第五章 Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08-x)Fe_xO_2 (0≤ x ≤ 0.08)的結(jié)構(gòu)及性能53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 結(jié)果與討論53-62
• 5.2.1 Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08-x)Fe_xO_2 (0≤ x≤ 0.08)結(jié)構(gòu)及形貌分析53-57
• 5.2.2 正極材料電化學性能表征57-62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻64-70
• 本文特色與創(chuàng)新之處70-71
• 在學研究成果71-72
• 致謝72

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