锰基电极材料的合成与电化学性能研究
发布时间：2020-12-12 12:54
锰基富锂氧化物因具有较高的理论容量(>250 mAh·g-1)和对环境友好等特点成为了被广泛研究的锂离子电池正极材料之一。但在充放电过程中因材料的结构发生转变,导致首次不可逆容量损失大、循环过程中电压衰减和容量衰退严重,倍率性能较差等问题,因而需要提升锰基富锂氧化物的电化学性能。本文通过静电纺丝技术和水热法合成了具有不同形貌的锰基富锂(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2)正极材料,通过XRD、SEM、EDS、电池测试系统及电化学工作站等测试对产物的晶体结构、聚集形貌和元素分布和电化学性能进行探究和分析。通过静电纺丝技术制备了Li1.2-xMn0.54Co0.13Ni0.13MgxO2,（x=0,0.005,0.010,0.020）正极材料,并探究了Mg掺杂、煅烧温度和模板剂对材料形貌、结构和电化学性能的影...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图[30]
第1章绪论7富锂层状氧化物中锂离子是有序地排列在晶格中，而过渡金属离子是随机排列在过渡金属位上[42]。Genevois等[43]通过高角度环形暗场-扫描透射电子显微法观察到Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2中存在垂直于c轴且不同方向的过渡金属堆垛层，分别对应Li2MnO3中过渡金属有序堆积排列的[120]R3m、[210]R3m和[-110]R3m方向，如图1.4所示。电子衍射结果表明Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2中含有较低含量的无序排布过渡金属层，与LiMO2和Li2MnO3分离的样品不同，进一步的证实了富锂锰基正极材料的结构上是一种趋于均匀有序的固溶体。图1.4（a）为Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2的HAADF-STEM图，（b）为Li2MnO3沿[120]R3m、[210]R3m和[-110]R3m方向的理想结构排布图[43]Figue1.4(a)HAADF-STEMimageofLi1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2,(b)ArrangementofidealstructureofLi2MnO3along[120]R3m,[210]R3mand[-110]R3m[43]1.4.2锰基富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2的合成方法制备锰基富锂xLi2MnO3·(1-x)LiMO2正极材料的方法有很多种，主要有共沉淀法[44]、溶胶凝胶法[45]、静电纺丝法[46]、水热法[47]、高温固相法[48]等。1.4.2.1共沉淀法共沉淀法是制备粉体材料中最常用的方法，通常在原料溶液中加入适量的沉淀剂，使溶液中各组分充分混合均匀并按照化学计量比同时沉淀，或是在溶液中先沉淀一种中间产物，在经过煅烧分解制备出目标产物。该方法合成设备简单，操作容易，可根据实验条件调控产物的形貌和粒度，合成的产物可在原子、分子级别均匀混合。
第1章绪论10图1.7（a）原始纤维的SEM照片；（b-d）煅烧后正极材料的SEM和HRTEM;（e）碳包覆的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2纳米网状正极材料循环性能和库伦效率谱图[51]Figure1.7SEM(a,b)andHRTEM(c,d)imagesofnanofberdecoratedLi1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2samplesbefore(a)andafer(b–d)heattreatment;(e)CyclicperformanceandcoulombicefciencyofparticleandnanofberdecoratedLi1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2samplesat1C[51]Chen等[65]通过静电纺丝法合成了纳米管状的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料，并系统的研究了不同含量Al2O3包覆对Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2纳米管状结构和电化学性能的影响。SEM照片显示，前驱体的直径约为600nm，表面光滑，在焙烧过程中聚合物PAN和乙酸盐分解，所以焙烧后的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2由纳米颗粒以链的形式组成空心管结构，直径减小，约为200-300nm，表面包覆Al2O3后对Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2纳米管形貌的影响很校电化学性能测试表明，表面包覆了Al2O3的样品，其初始库伦效率由74.9%提升到85.2%，在1C的电流密度下，循环90圈后的容量保持率可达90%，其电化学性能得到了明显的提升，这归因于Al2O3包覆层稳定了电解液和电极材料之间的界面，并且在包覆过程中，材料形成了具有三维Li+通道的尖晶石相，不仅减小了首次不可逆容量的损失，而且提高了其倍率性能。1.4.2.4水热法水热法是将水溶液置于特定的密闭容器中，通过加热，提供一个高温、高压的环境来制备出所需的材料。该方法反应条件温和、工艺简单，并且制备的材料粒径均匀、结晶度较高。Xu等[52]通过水热法合成了具有锂离子通道取向的高性能尖晶石/LLO异质
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土La掺杂对层状富锂锰基氧化物正极材料结构及电化学性能的影响[J]. 罗林山,刘雯雯,文小强,张帆,周新华,郭春平,周有池,普建. 有色金属科学与工程. 2019(03)
[2]富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的Zn2+掺杂改性[J]. 吴汉杰,梁兴华. 材料导报. 2017(06)
[3]锂离子电池正极材料LiNiO2存在的问题与解决办法[J]. 叶乃清,刘长久,沈上越. 无机材料学报. 2004(06)
本文编号：2912599
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图[30]
第1章绪论7富锂层状氧化物中锂离子是有序地排列在晶格中，而过渡金属离子是随机排列在过渡金属位上[42]。Genevois等[43]通过高角度环形暗场-扫描透射电子显微法观察到Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2中存在垂直于c轴且不同方向的过渡金属堆垛层，分别对应Li2MnO3中过渡金属有序堆积排列的[120]R3m、[210]R3m和[-110]R3m方向，如图1.4所示。电子衍射结果表明Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2中含有较低含量的无序排布过渡金属层，与LiMO2和Li2MnO3分离的样品不同，进一步的证实了富锂锰基正极材料的结构上是一种趋于均匀有序的固溶体。图1.4（a）为Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2的HAADF-STEM图，（b）为Li2MnO3沿[120]R3m、[210]R3m和[-110]R3m方向的理想结构排布图[43]Figue1.4(a)HAADF-STEMimageofLi1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2,(b)ArrangementofidealstructureofLi2MnO3along[120]R3m,[210]R3mand[-110]R3m[43]1.4.2锰基富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2的合成方法制备锰基富锂xLi2MnO3·(1-x)LiMO2正极材料的方法有很多种，主要有共沉淀法[44]、溶胶凝胶法[45]、静电纺丝法[46]、水热法[47]、高温固相法[48]等。1.4.2.1共沉淀法共沉淀法是制备粉体材料中最常用的方法，通常在原料溶液中加入适量的沉淀剂，使溶液中各组分充分混合均匀并按照化学计量比同时沉淀，或是在溶液中先沉淀一种中间产物，在经过煅烧分解制备出目标产物。该方法合成设备简单，操作容易，可根据实验条件调控产物的形貌和粒度，合成的产物可在原子、分子级别均匀混合。
第1章绪论10图1.7（a）原始纤维的SEM照片；（b-d）煅烧后正极材料的SEM和HRTEM;（e）碳包覆的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2纳米网状正极材料循环性能和库伦效率谱图[51]Figure1.7SEM(a,b)andHRTEM(c,d)imagesofnanofberdecoratedLi1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2samplesbefore(a)andafer(b–d)heattreatment;(e)CyclicperformanceandcoulombicefciencyofparticleandnanofberdecoratedLi1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2samplesat1C[51]Chen等[65]通过静电纺丝法合成了纳米管状的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正极材料，并系统的研究了不同含量Al2O3包覆对Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2纳米管状结构和电化学性能的影响。SEM照片显示，前驱体的直径约为600nm，表面光滑，在焙烧过程中聚合物PAN和乙酸盐分解，所以焙烧后的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2由纳米颗粒以链的形式组成空心管结构，直径减小，约为200-300nm，表面包覆Al2O3后对Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2纳米管形貌的影响很校电化学性能测试表明，表面包覆了Al2O3的样品，其初始库伦效率由74.9%提升到85.2%，在1C的电流密度下，循环90圈后的容量保持率可达90%，其电化学性能得到了明显的提升，这归因于Al2O3包覆层稳定了电解液和电极材料之间的界面，并且在包覆过程中，材料形成了具有三维Li+通道的尖晶石相，不仅减小了首次不可逆容量的损失，而且提高了其倍率性能。1.4.2.4水热法水热法是将水溶液置于特定的密闭容器中，通过加热，提供一个高温、高压的环境来制备出所需的材料。该方法反应条件温和、工艺简单，并且制备的材料粒径均匀、结晶度较高。Xu等[52]通过水热法合成了具有锂离子通道取向的高性能尖晶石/LLO异质
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土La掺杂对层状富锂锰基氧化物正极材料结构及电化学性能的影响[J]. 罗林山,刘雯雯,文小强,张帆,周新华,郭春平,周有池,普建. 有色金属科学与工程. 2019(03)
[2]富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的Zn2+掺杂改性[J]. 吴汉杰,梁兴华. 材料导报. 2017(06)
[3]锂离子电池正极材料LiNiO2存在的问题与解决办法[J]. 叶乃清,刘长久,沈上越. 无机材料学报. 2004(06)
本文编号：2912599
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