层状正极材料均一化表面修饰及其电化学性能研究

发布时间：2017-07-14 15:14

  本文关键词：层状正极材料均一化表面修饰及其电化学性能研究

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【摘要】：层状正极材料具有较好的循环性能,但在充放电过程中其表面结构容易发生破坏,从而使循环性能恶化。为了抑制这种现象,本文利用不同改性技术对层状正极材料LiCoO_2(LCO)和LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2(NCM622)进行包覆研究,探索分析了不同包覆技术对其循环性能的影响。主要研究内容包括:1.异丙醇铝(AIP)和硝酸铝(ANO)两种包覆技术包覆LCO的对比研究通过AIP和ANO两种水解包覆的对比研究,得出,与ANO包覆技术相比,AIP水解产生的Al_2O_3包覆层有更好的均匀性,其包覆样品获得了较高的首次放电比容量和容量保持率(80循环),其值在4.2,4.4,4.5以及4.6 V的充电截止电压下分别为137.5 mAh g~(-1)、98.1%,166.7 m Ah g~(-1)、94.1%,186.2 mAh g~(-1)、95.0%以及219.2 mAh g~(-1)、63.2%。并且其Al_2O_3包覆层能更有效地抑制电解液中Co溶解以及充放电过程中极化阻抗Rp的增大。2.改进的AIP和偏铝酸钠(SMA)水解两种包覆技术包覆LCO的对比研究通过改良的AIP和SMA两种包覆法的对比研究,得出,改进的AIP方法制备的Al_2O_3-I包覆层为无定型的絮状分布,且厚度为20-50 nm,包覆均匀性较好。其容量保持率在4.4 V、4.5 V下分别为91.8%和91.2%,而SMA包覆的容量保持率在4.4 V、4.5 V下分别为83.7%和80.0%,因此,与SMA包覆相比,改进的AIP包覆样品有着更好的循环稳定性。3.三种不同氧化物包覆技术包覆NCM622正极材料后的对比研究通过三种氧化物包覆技术对比研究,得出,SiO_2包覆均匀性较好,其包覆层厚度为10 nm,而Al_2O_3和TiO_2包覆均匀性较差,其包覆层厚度分别约为5 nm和30 nm。此外,充放电循环测试得出,包覆样品的循环稳定性都有很大的提高,尤其在50℃下,经过50个循环,Al_2O_3、SiO_2和TiO_2包覆的首次放电容量和保持率分别为197 mAh g~(-1)、93%,190 mAh g~(-1)、89%以及185 mAh g~(-1)、83%。其包覆效果最佳的是Al_2O_3,最差的是TiO_2。此外,AC阻抗指出,三种氧化物包覆的溶液阻抗Rs、表面层的扩散阻抗R1和电荷转移阻抗Rct是不同的,其中,Al_2O_3包覆层更能较好的抑制各类阻抗的增长,减小其界面阻抗。
【关键词】：层状正极材料 表面包覆 氧化物 电化学性能
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;TB383.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1. 绪论15-34
• 1.1 引言15-17
• 1.2 正极材料的种类及其表面包覆研究现状17-25
• 1.2.1 表面包覆在提高正极性能中的机理和角色17-18
• 1.2.2 层状正极材料18-21
• 1.2.2.1 LiCoO_218-19
• 1.2.2.2 LiNi_xCo_yM_(1-x-y)O_2 (019
• 1.2.2.3 xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2 (M= Fe，Co，Ni_(1/2)Mn_(1/2)19-20
• 1.2.2.4 层状材料存在的挑战和研究方向20-21
• 1.2.3 尖晶石类正极材料21-22
• 1.2.4 橄榄石类正极材料22-24
• 1.2.5 其它正极材料24-25
• 1.3 包覆材料的种类及性质25-28
• 1.3.1 包覆材料和包覆后正极之间的关系25
• 1.3.2 氧化物25-26
• 1.3.3 电极材料26-27
• 1.3.4 磷酸盐27
• 1.3.5 碳27-28
• 1.3.6 其它包覆材料28
• 1.4 包覆技术28-32
• 1.4.1 包覆技术对包覆层性质的影响28-29
• 1.4.2 化学沉淀包覆29
• 1.4.3 干法包覆29-30
• 1.4.4 溶胶凝胶包覆30-31
• 1.4.5 化学气相沉积（CVD）包覆31
• 1.4.6 其它包覆技术31-32
• 1.5 课题研究意义、目标和内容32-34
• 2. 实验部分34-41
• 2.1 实验原料及设备34-36
• 2.1.1 实验原料34-35
• 2.1.2 实验设备35-36
• 2.2 实验方案36-38
• 2.2.1 不同Al_2O_3包覆LiCoO_2技术36-37
• 2.2.1.1 AIP水解法36
• 2.2.1.2 ANO水解法36
• 2.2.1.3 SMA水解法36-37
• 2.2.1.4 改进的AIP包覆法37
• 2.2.2 不同氧化物包覆NCM622正极材料37-38
• 2.2.2.1 Al_2O_3包覆37-38
• 2.2.2.2 SiO_2包覆38
• 2.2.2.3 TiO_2包覆38
• 2.3 表征与测试38-41
• 3. 不同Al_2O_3包覆技术对LiCoO_2电化学性能的影响41-64
• 3.1 引言41
• 3.2 AIP和ANO包覆法的对比分析41-55
• 3.2.1 XRD分析41-42
• 3.2.2 SEM分析42-44
• 3.2.3 Al Dot Mapping分析44-45
• 3.2.4 TEM分析45-46
• 3.2.5 电化学性能分析46-49
• 3.2.6 Co溶解分析49-50
• 3.2.7 AC阻抗分析50-52
• 3.2.8 CV曲线分析52-53
• 3.2.9 小结53-55
• 3.3 改进的AIP和SMA包覆法的对比分析55-64
• 3.3.1 XRD分析55
• 3.3.2 SEM分析55-56
• 3.3.3 Al Dot Mapping分析56-57
• 3.3.4 TEM分析57-58
• 3.3.5 电化学性能分析58-59
• 3.3.6 Co溶解分析59-60
• 3.3.7 AC阻抗分析60-61
• 3.3.8 CV曲线分析61-62
• 3.3.9 小结62-64
• 4. 不同氧化物包覆对LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2 (NCM622)性能的影响64-73
• 4.1 引言64
• 4.2 结果与讨论64-72
• 4.2.1 XRD表征64-65
• 4.2.2 SEM表征65-66
• 4.2.3 包覆元素Mapping表征66-67
• 4.2.4 TEM表征67-68
• 4.2.5 充放电循环性能测试68-70
• 4.2.6 AC阻抗测试70-72
• 4.3 小结72-73
• 5. 结论与展望73-76
• 5.1 主要结论73
• 5.2 论文创新点73-74
• 5.3 展望74-76
• 参考文献76-86
• 作者简历86

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