橄欖石型磷酸鹽正極材料具有安全性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)和原材料成本低廉等優(yōu)點(diǎn),在動(dòng)力電池領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,但其能量密度較低、大倍率放電性能較差,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展也受到了限制。本文以獲得高倍率循環(huán)性能的正極材料為出發(fā)點(diǎn),對(duì)橄欖石型磷酸鐵鋰（LiFePO4,簡(jiǎn)稱LFP）正極材料的合成路徑進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)降低生產(chǎn)成本;并進(jìn)一步利用其衍生物磷酸錳鐵鋰（LiFe0.2Mn0.8PO4,簡(jiǎn)稱LFMP）具有高活性、放電電壓高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn),對(duì)富鎳三元（LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,簡(jiǎn)稱LNCM）正極材料進(jìn)行表面包覆,從而提高安全性能和循環(huán)壽命。首先,本研究采用真空電弧技術(shù),超快速合成了高結(jié)晶度LiFePO4正極材料,結(jié)果表明:在室溫20 C下經(jīng)過(guò)300周循環(huán)的容量達(dá)到93 mAh g-1,顯示了優(yōu)異的高倍率的循環(huán)性能。通過(guò)超快速制備磷酸鐵鋰正極材料的工程化探索,得到性能優(yōu)異的磷酸鐵鋰正極材料,為進(jìn)一步優(yōu)化磷酸鐵鋰的生產(chǎn)工藝,節(jié)能降耗,降低成本提供技術(shù)支撐。其次,發(fā)展一種水相回流法制備LiFePO4正極材料,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在20 C下的放電容量為107 mAh g-1,經(jīng)過(guò)500周循環(huán),容量保持率仍... 

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【部分圖文】：

圖２－２ＬｉＣｏ０２結(jié)構(gòu)示意圖（ａ）鍵離子在Ｃ〇０２八面體層間遷移，（ｂ）沿［ｌｌ〇ｌ面的Ｌｉ、??Ｃｏ、Ｏ原子排列１１８１??

?高倍率循環(huán)特性磷酸鹽正極材料的設(shè)計(jì)合成及應(yīng)用研究???空間群為Ｒ－３ｍ，如圖２－３所示［３２］。??Ｋ飛?ｌＭＣ〇??騰曜騰擊??＿／?２＾??（ｂ）＾ｉｇＳ＾ｃｏ??圖２－３?Ｌｉ｜，３Ｃ〇ｉ，３Ｍｎｉ，３〇２的結(jié)構(gòu)不意圖（ａ）超晶格形成的［Ｎｉｉ／３Ｃ〇ｉ／３Ｍｒｉｉ／３］〇２平面層，（ｂ）??Ｎｉ０２，?（：０〇２和１＾１１〇２交替形成平面層１２７１??在晶體結(jié)構(gòu)中鋰占據(jù)３?ａ位置，鎳、錳和鈷同時(shí)占據(jù)３?ｂ位置，氧占據(jù)６?ｃ??位置，過(guò)渡金屬和氧形成Ｍ０６八面體，鋰在過(guò)渡金屬層和氧層之間進(jìn)行脫??嵌。ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎ｜＿ｘ＿ｙ０２三元正極材料具有層狀結(jié)構(gòu)，綜合了?ＬｉＣｏ０２、ＬｉＮｉ０２??以及ＬｉＭｎ０２三者的優(yōu)勢(shì)，作為一類具有三元協(xié)同效應(yīng)的鋰離子電池功能材??料，鎳的存在可以有利于材料的可逆嵌鋰容量，鈷的存在可為材料提供有效??的二維結(jié)構(gòu)，改善材料的電導(dǎo)率；但是鈷比例增大會(huì)使得晶胞體積變小從而??使得容量降低，錳的存在除了降低成本外，可進(jìn)一步的使材料的熱穩(wěn)定性得??到提高，但是過(guò)多的加入會(huì)破壞材料的層狀結(jié)構(gòu)，所以鎳、鈷、錳的計(jì)量比??對(duì)材料性能的發(fā)揮起關(guān)鍵顯著的作用［３＞３６１。??近年來(lái)，為了解決電動(dòng)汽車的續(xù)航里程的焦慮，動(dòng)力電動(dòng)汽車市場(chǎng)對(duì)高??能量密度動(dòng)力電池的追求日益迫切，促使ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎｍＣｂＳ元正極材料中??鎳含量的比重越來(lái)越大（ｘ多０．８），使得正極材料的放電容量越來(lái)越高。但是，??富鎳三元正極材料容易產(chǎn)生以下問(wèn)題：（ｌ）Ｌｉ＋／Ｎｉ２＋混排導(dǎo)致倍率性能差，在??循環(huán)易發(fā)生相變導(dǎo)致循環(huán)性能不好；（２）表面堿性太強(qiáng)，導(dǎo)致加工困難，且??電池易產(chǎn)生高溫氣脹；（３）高脫鋰狀

?高倍率循環(huán)特性磷酸鹽正極材料的設(shè)計(jì)合成及應(yīng)用研究???ｏ?Ｏｃｔｆｔｈ＊ｄｒ？ｌ?ｌ￥ｄ?ｔｈ？?（Ｍｎ）?Ｏｃｔａｈ？ｄｒｉｌ?１６ｅ?ｓｉｒ＊??ｎ．??９１響：??Ｔｏｔｒａｈｅｄｒａｉ８ａｓｉｔ？?（Ｕ）??ＬｉＭｎ２０４?Ｌｉ１４ｘＭｎ２．ｘ〇４??圖?２＞４?（ａ）?１＾１＾１１２０４和（ｂ）?Ｌｉ１＋ｘＭｎ２．ｘ０４?的結(jié)構(gòu)示意圖１４７１??在晶體結(jié)構(gòu)中，氧呈面心立方密堆積，鋰和錳分別占據(jù)氧四面體空隙和??氧八面體空隙，形成有利于鋰離子傳輸?shù)娜S運(yùn)輸通道，所以尖晶石型??ＬｉＭｎ２０４具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和鋰離子擴(kuò)散能力。但是，在放電的動(dòng)態(tài)非??平衡條件下，由于表面Ｍｎ３＋的富集，導(dǎo)致了?Ｊａｈｎ－Ｔｅｌｌｅｒ效應(yīng)的發(fā)生，引發(fā)材??料結(jié)構(gòu)的破壞。此外，在放電狀態(tài)下，鋰離子嵌入到空的１６ｃ八面體的位置，??導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)由立方ＬｉＭｎ２０４相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆剑蹋椋玻停睿玻埃聪唷Ｍ瑫r(shí)，相變的產(chǎn)生??導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的各向異性的體積變化，破壞了結(jié)構(gòu)的完整性，這將??阻斷鋰離子在三維通道中的擴(kuò)散，導(dǎo)致循環(huán)過(guò)程中的容量惡化，尤其是在高??溫下［５３］。尖晶石型ＬｉＭｎ２０４在高溫下，在以ＬｉＰＦ６為溶劑的電解液中表現(xiàn)出??了較差的循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性，主要?dú)w結(jié)于以下幾個(gè)原因［５４］：?（１）基于ＬｉＰＦ６??電解液中的碳酸酯的分解；（２）電極顆粒表面Ｍｎ３＋的歧化反應(yīng)，引起活性物??質(zhì)的損失和負(fù)極金屬離子的富集；（３）在放電過(guò)程中，由于Ｊａｈｎ－Ｔｅｌｌｅｒ效應(yīng)，??導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的不可逆相變；（４）?一定程度的氧缺陷存在。??基于上述尖晶石ＬｉＭｎ２０４存在的問(wèn)題，主要通過(guò)元素?fù)诫s和表面包覆來(lái)??進(jìn)行

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]鋰離子電池高鎳三元正極材料的合成、表征與改性研究[D]. 唐仲豐.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
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本文編號(hào)：3265606