锂离子电池高倍率富锂锰基氧化物正极材料的制备与性能研究
发布时间：2021-06-08 12:37
由于日益严重的气候问题以及石化危机,全球在开发可持续能源（太阳能和风能等）方面的研究和投资正以前所未有的速度增长。为了将可持续能源广泛应用于电子设备和电动汽车,这需要锂离子电池具有更高的能量和功率,因而要求正极材料的容量更高、倍率更好。凭借其容量性能是现有正极材料中最高这个优势,富锂锰基层状氧化物（LLO）成为了最热门的候选者之一。然而,这类材料还存在一些致命的缺点,如倍率性能较差、首次库伦效率较低以及电压衰减严重。为了优化这类材料的倍率性能,科研工作者开发了大量能够提高它们电导率的方法,如掺杂和包覆。虽然掺杂和包覆改性后的LLO正极材料的倍率性能得到了一定的改善,但是其提升的程度依然难以满足电动汽车等对锂离子电池能量和功率密度的要求。因此,本论文将通过改善离子和电子电导率的方法优化LLO正极材料的倍率性能。改善离子电导率的方法有:缩短锂离子在活性材料中的移动距离、提高活性材料中各元素的分布均匀度以及将三维锂离子通道引入活性材料内部。改善电子电导率的方法为利用还原氧化石墨烯（rGO）原位修饰富锂锰基氧化物正极材料。主要工作总结如下:1.采用二甘醇辅助共沉淀前驱体法、CTAB辅助共沉淀前...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
晶体模型：(a)xLi2MnO3·(1-x)LiMnO2和(b)Li[LixM1-x]O2[1]
1-2. Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2(Li2MnO3·LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)在0.1和 2 C 下的(a)首次充曲线和(b)对应的 dQ/dV 曲线[71]；(c)和(d) Li2MnO3·LiMO2(M =Ni0.33Co0.33Mn0.33)电极两化学反应路径的相图[35]。ig. 1-2. (a) First charge-discharge curves and (b) the corresponding dQ/dV plots i1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2(Li2MnO3·LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2) at 0.1 and 2 C (1 C =250 mA h gates. (c) and (d) Compositional phase diagrams showing two different electrochemical reactiathways for the Li2MnO3·LiMO2(M =Ni0.33Co0.33Mn0.33) electrode.至于长电压平台(B)区域，普遍认为它与 Li2MnO3组分的电化学活化过程相，它是LLO正极材料高容量性能的来源。(B)区域对应着图1-2(c,d)中的“ProceII)”阶段，此时 Li+从 Li2MnO3组分中脱出[76]。该过程在 dQ/dV 曲线中的氧化为图 1-2b 中的“O1”峰。为了将 Li2MnO3组分的电化学活化机理弄明白，科研工作者转而研究纯 Li2MnO3的循环机理[77-81]。他们认为纯 Li2MnO3的结果将有助于揭示 LLO 正极材料的电化学活化机理。研究结果表明，纯i2MnO3的电化学活化过程会发生 H+/Li+的离子交换[77]。然而，Tran 等利用 NM
图 1-3. 不同电荷状态下 LLO 正极材料的电子态密度原理图[83]。LLO 经历氧的释放和结构演变的同时将会伴随着电子结构的重排，从而激活 Mn3+/Mn4+氧化还原反应。Fig. 1-3. Schematic electronic density of states (DOS) of LLO cathode at different states of chargeLLO undergoes oxygen evolution and structural evolution accompanied with electronic structurerearrangement resulting in the Mn3+/Mn4+redox activation.对 LLO 电化学活化过程的另一种解释是氧的释放，他们认为 Li+从 LLO 中的 Li2MnO3组分脱出时将会伴随着氧的释放[17,84]。对于这一理论，科研工作者利
本文编号：3218468
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
晶体模型：(a)xLi2MnO3·(1-x)LiMnO2和(b)Li[LixM1-x]O2[1]
1-2. Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2(Li2MnO3·LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)在0.1和 2 C 下的(a)首次充曲线和(b)对应的 dQ/dV 曲线[71]；(c)和(d) Li2MnO3·LiMO2(M =Ni0.33Co0.33Mn0.33)电极两化学反应路径的相图[35]。ig. 1-2. (a) First charge-discharge curves and (b) the corresponding dQ/dV plots i1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2(Li2MnO3·LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2) at 0.1 and 2 C (1 C =250 mA h gates. (c) and (d) Compositional phase diagrams showing two different electrochemical reactiathways for the Li2MnO3·LiMO2(M =Ni0.33Co0.33Mn0.33) electrode.至于长电压平台(B)区域，普遍认为它与 Li2MnO3组分的电化学活化过程相，它是LLO正极材料高容量性能的来源。(B)区域对应着图1-2(c,d)中的“ProceII)”阶段，此时 Li+从 Li2MnO3组分中脱出[76]。该过程在 dQ/dV 曲线中的氧化为图 1-2b 中的“O1”峰。为了将 Li2MnO3组分的电化学活化机理弄明白，科研工作者转而研究纯 Li2MnO3的循环机理[77-81]。他们认为纯 Li2MnO3的结果将有助于揭示 LLO 正极材料的电化学活化机理。研究结果表明，纯i2MnO3的电化学活化过程会发生 H+/Li+的离子交换[77]。然而，Tran 等利用 NM
图 1-3. 不同电荷状态下 LLO 正极材料的电子态密度原理图[83]。LLO 经历氧的释放和结构演变的同时将会伴随着电子结构的重排，从而激活 Mn3+/Mn4+氧化还原反应。Fig. 1-3. Schematic electronic density of states (DOS) of LLO cathode at different states of chargeLLO undergoes oxygen evolution and structural evolution accompanied with electronic structurerearrangement resulting in the Mn3+/Mn4+redox activation.对 LLO 电化学活化过程的另一种解释是氧的释放，他们认为 Li+从 LLO 中的 Li2MnO3组分脱出时将会伴随着氧的释放[17,84]。对于这一理论，科研工作者利
本文编号：3218468
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