锂离子电池正极材料镍钴铝锂的制备与其电化学性能的研究

发布时间：2017-11-02 13:24

  本文关键词：锂离子电池正极材料镍钴铝锂的制备与其电化学性能的研究

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【摘要】：在锂离子电池正极材料的研究现状中,每种正极材料都有自己的缺点。其中,LiCoO2成本高、资源贫乏、有毒性,而LiNiO2制备困难、热稳定性差。在锂离子电池富镍系LiNiO2基正极材料中,镍钴铝锂作为LiNiO2、LiCoO2和LiAlO2三者的固溶体,有着优于大部分富镍系LiNiO2基正极材料的高容量、好的热稳定性、便宜的价格和相对低的毒性,被认为是新一代能能够取代LiCoO2的环保锂离子电池正极材料。但是,作为锂离子正极材料,它也同样存在着缺点。比如,在充放电循环的过程中,它的微观结构上会出现阳离子混排的现象,从而阻碍锂通道,这会导致循环性能的变差,同时容易形成杂相NiO,这些对于锂离子电池的运行都是非常不利的。所以,这些问题亟待我们进一步的探索。本论文采用溶胶凝胶法、水热合成法和两者的结合以制备锂离子电池正极材料镍钴铝锂为研究对象,研究了镍钴铝锂在溶胶凝胶法和水热合成法下的不同制备条件,以及在不同制备条件下得到的镍钻铝锂的不同电化学性能。(1)在溶胶凝胶法的条件下,通过讨论不同的柠檬酸的添加量、不同的最高平台烧结温度、不同的最高平台保温时间、不同的导电剂的添加量、不同的正极材料涂覆厚度确定了制备的最优条件。(2)在水热合成法下,通过讨论不同水解剂的添加量的影响、不同水解剂的影响、不同表面活性剂添加量的影响、不同反应物浓度的影响、不同反应物体积的影响,得到一组制备短棒状Ni0.8Co0.15Al0.05O颗粒的最优参数。(3)在两步法中,在第一步制成的短棒状Ni0.8Co0.15Al0.05O前躯体中固溶锂离子制备成镍钴铝锂的第二步试验,采用溶胶凝胶法可以制备得到电化学性能优的镍钴铝锂。这种条件下制备得到的镍钻铝锂颗粒均匀、尺寸细小、形貌规则、结晶度好。相比较纯粹采用溶胶凝胶法制备得到的镍钴铝锂而言,两步法下得到的材料倍率容量高、循环性好、高倍率下循环性佳。虽然在0.1C条件下,两步法的样品首次放电比容量比溶胶凝胶法的样品来的低,但是在高倍率下,两步法样品的优势逐渐显现。从0.2C下相差的10mAh/g,到0.5C时相差的20mAh/g,到1C时,甚至相差100 mAh/g。循环性方面,同样是低倍率0.1C下50个循环,两步法样品的容量保持率90%要远高于溶胶凝胶法样品75%。而两步法样品在1C倍率下依然展现出良好的循环性能,50个循环后容量保持率为90%。
【关键词】：锂离子电池 正极材料 镍钴铝锂 溶胶凝胶法 水热法 电化学性能
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ131.11;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 锂离子电池发展简述10-11
• 1.3 锂离子电池简介11-12
• 1.3.1 锂离子电池结构组成11
• 1.3.2 锂离子电池工作原理11-12
• 1.3.3 锂离子电池的优越性12
• 1.4 锂离子电池正极材料研究进展12-15
• 1.4.1 钴酸锂正极材料13
• 1.4.2 镍酸锂正极材料13-14
• 1.4.3 镍钴锰酸锂正极材料14-15
• 1.5 镍钴铝锂正极材料研究进展15-22
• 1.5.1 镍钴铝锂的制备研究15-17
• 1.5.2 镍钴铝锂的改性研究17-19
• 1.5.3 镍钴铝锂特性研究19-22
• 1.6 选题意义与研究内容22-24
• 1.6.1 选题意义22-23
• 1.6.2 研究内容23-24
• 2 实验方法与仪器24-28
• 2.1 实验药品与仪器24-25
• 2.1.1 实验原料24
• 2.1.2 实验仪器设备24-25
• 2.2 材料的表征与性能测试25-26
• 2.2.1 材料的物相分析表征25
• 2.2.2 材料的形貌与显微结构表征25-26
• 2.2.3 材料的碳含量表征26
• 2.3 材料的电化学性能测试26-28
• 2.3.1 电极片的制备26
• 2.3.2 电池的组装26-27
• 2.3.3 电化学性能测试27-28
• 3 溶胶凝胶法制备镍钴铝锂的研究及其电化学性能表征28-49
• 3.1 引言28
• 3.2 试验过程及结果讨论28-47
• 3.2.1 不同柠檬酸的添加量的影响29-32
• 3.2.2 不同的最高平台温度的影响32-35
• 3.2.3 不同的最高平台时间的影响35-38
• 3.2.4 不同的导电剂的添加量对镍钴铝锂电化学性能表征的影响38-41
• 3.2.5 不同的正极料涂覆厚度的影响41-43
• 3.2.6 制备得到的材料的碳含量的测定43
• 3.2.7 不同镍钻铝锂中镍钴铝配比的影响43-47
• 3.3 本章小结47-49
• 4 两步法制备镍钴铝锂的研究及其电化学性能表征49-63
• 4.1 引言49
• 4.2 试验过程及结果讨论49-62
• 4.2.1 制备短棒状Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O49-58
• 4.2.2 在短棒状Ni_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O中固溶锂离子58-62
• 4.3 本章小结62-63
• 5 总结和展望63-65
• 5.1 本论文工作总结63
• 5.2 本论文未来工作展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-75
• 附录75

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