锂离子电池富锂锰正极材料Li 1.2 Mn 0.6 Ni 0.2 O 2 的制备和改性研究

发布时间：2023-03-19 19:04

　　富锂锰正极材料Li1.2Mn0.6Ni0.2O2(LMNO)高的比容量(>250 mAh·g-1)使其在能源储能、大功率动力电池等领域具有巨大的应用潜力,但是存在首次库伦效率低、容量和电压衰减严重及倍率性能差等问题。基于此,本文采用燃烧法制备富锂锰正极材料LMNO,通过Fe3+、Mg2+离子掺杂和MgF2表面包覆对其进行改性,并深入讨论了相应的作用机制。以 LiNO3、Ni(CH3COO)2·4H20 和 Mn(CH3C00)2·4H20 为原料、聚乙二醇(PEG400)为助燃剂,采用燃烧法制备了 LMNO正极材料粉体。对其进行XRD、SEM等表征及电化学性能测试,系统研究了煅烧时间、预烧温度和配锂量等因素对合成LMNO物相、微观形貌及电化学性能的影响,探索出了燃烧法制备LMNO的最佳工艺,即采用5wt%过锂量,先在500℃预烧2h,然后在900℃煅烧21h。所制备的LMNO在C/20倍率下的首次放电比容量可达277.2mAh·g-1,库伦效率为73.5%;在1C倍率下放电比容量达174.3 mAh·g-1,循环200次后容量保持率为80.2%。选择Fe3+和Mg2+离子对LMN...

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池发展简介
    1.3 锂离子电池正极材料
        1.3.1 橄榄石结构正极材料
        1.3.2 尖晶石结构正极材材料
        1.3.3 层状结构正极材料
    1.4 富锂锰基正极材料研究
        1.4.1 富锂锰基正极材料的结构及充放电机理
        1.4.2 富锂锰基正极材料的制备方法
    1.5 Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂正极材料的研究进展
        1.5.1 Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂正极材料存在的问题
        1.5.2 Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂正极材料的改性研究
    1.6 本论文的主要研究内容
第二章 实验方案与研究方法
    2.1 实验试剂与仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 正极材料制备
        2.2.1 Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂的制备
        2.2.2 Fe³⁺掺杂Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的制备
        2.2.3 Mg²⁺掺杂Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的制备
        2.2.4 MgF₂包覆Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的制备
    2.3 正极片制备及纽扣电池组装
        2.3.1 正极片的制备
        2.3.2 电池的封装
    2.4 合成材料表征
        2.4.1 X射线衍射分析
        2.4.2 场发射扫描电子显微镜
        2.4.3 透射电子显微镜
        2.4.4 拉曼光谱分析
    2.5 电化学性能测试
        2.5.1 充放电性能测试
        2.5.2 循环伏安测试
        2.5.3 电化学阻抗测试
第三章 Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料燃烧合成法制备及性能研究
    3.1 引言
    3.2 材料的制备
    3.3 煅烧时间的影响
        3.3.1 XRD分析
        3.3.2 FESEM形貌分析
        3.3.3 电化学性能测试
    3.4 预烧温度的影响
        3.4.1 XRD分析
        3.4.2 FESEM形貌分析
        3.4.3 电化学性能测试分析
    3.5 配锂量的影响
        3.5.1 XRD分析
        3.5.2 FESEM形貌分析
        3.5.3 电化学性能测试分析
    3.6 优化工艺制备Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂材料的电化学性能
    3.7 本章小结
第四章 Fe³⁺、Mg²⁺掺杂Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的制备及性能研究
    4.1 引言
    4.2 Fe³⁺掺杂Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的制备及性能研究
        4.2.1 Fe³⁺掺杂Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的制备
        4.2.2 XRD物相分析
        4.2.3 拉曼光谱分析
        4.2.4 FESEM及TEM形貌观察
        4.2.5 电化学性能测试
    4.3 Mg²⁺掺杂Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的制备及性能研究
        4.3.1 Mg²⁺掺杂Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的制备
        4.3.2 Mg²⁺掺杂Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的物相结构及形貌分析
        4.3.3 Mg²⁺掺杂Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的电化学性能测试
    4.4 本章小结
第五章 MgF₂包覆Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂正极材料的制备及性能研究
    5.1 引言
    5.2 材料制备
    5.3 XRD物相分析
    5.4 FESEM形貌观察及EDS元素分析
    5.5 电化学性能测试
    5.6 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
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本文编号：3765787