喷雾—热化学反应法制备碳包覆与掺杂二元镍锰锂离子电池正极材料

发布时间：2018-03-01 03:01

  本文关键词： Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2 锂离子电池 正极材料 掺杂 包覆　出处：《深圳大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着无人机、智能眼镜、VR等新型的电子产品不断问世,对电池的安全性、放电比容量、充放电次数等要求越来越高。富锂Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2正极材料具有高放电比容量而受到越来越多的关注。但该材料存在大倍率性能较差、循环稳定性不好等缺点。本文采用压力式喷雾干燥法来合成Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2,并通过元素掺杂和表面包覆提高材料大倍率性能和循环稳定性。具体内容如下:1、通过压力式喷雾干燥法优化不同条件来合成Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2。通过调节不同配锂量、设备的进风温度、压力等因素,研究其对所制备材料晶体结构和电化学性能等的影响。实验结果显示:以Li OH、Li2CO3、LiNO3为锂源来制备Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2,50次充放电循环后,LiOH为锂源时的容量最高。其次当配锂量为1.00 mol(化学计量比)、进风温度为170℃时,材料的综合性能最好。通过调节喷雾器的压力得到纳米结构的Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2材料。当喷雾压力为0.6 MPa时,样品粒径均在150~200 nm之间,在2.5~4.8 V、1 C倍率下循环50次放电容量为153.4 mAh/g。在优化以上反应条件下合成Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2的电化学性能优良。2.5~4.8 V电压范围内充放电,0.1 C条件下50次后放电容量为227 mAh/g;1 C条件下100次后放电容量为160.1 mAh/g。当充放电电压范围扩大到2.0~4.8 V时,0.1 C条件下50次后放电容量为231.4 mAh/g;1 C条件下100次后放电容量为166.4 mAh/g。2、通过微量的Co掺杂替代部分的Ni和Mn,来改善Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2在循环过程中结构的稳定性。Co掺杂Li1.2Ni0.2-x/2Mn0.6-x/2CoxO_2在一定程度下可降低Li+/Ni~(2+)混排。随着Co掺杂量的增加,材料的结晶度也随之增高。所有样品均为层状结构,并且六方层状结构越好,锂离子就更容易脱嵌。当掺杂量为0.06时,材料的循环稳定性最好。2.0~4.8 V电压范围内,0.1 C时50次后放电容量256.1mAh/g,容量保持率为92.4%;1 C时100次后放电容量179 mAh/g。3、通过不同质量的Al_2O_3包覆Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2可以有效地避免材料与电解液的接触,减少了电解液与材料之间的副反应。当包覆量为3wt.%时,2.0~4.8 V电压范围内0.1 C时50周后放电容量为263 mAh/g,容量保持率为89.5%。1 C时100周循环后容量为185.5 mAh/g。通过LPAN包覆、掺杂Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2样品。LPAN在高温下形成一种网状类石墨烯结构,降低了材料的表面电阻,使材料在高电压条件下的循环稳定性得到提升和放电比容量得到增加。当包覆量为20wt.%时,2.0~4.8 V电压范围内0.1C 50次循环后放电容量为262.5 mAh/g,容量保持率为98.3%;1 C倍率下100次循环后的放电容量为177.5 mAh/g。LPAN包覆、掺杂样品时不仅可以避免材料与电解液的直接接触,并且在更大的电压范围内充放电,LPAN包覆、掺杂时对材料的结构稳定性起着巨大作用。当包覆量为20wt.%时在1.5~4.8 V电压范围内,0.1 C充放电循环50次后放电容量为290.5 mAh/g,容量保持率为85.8%。
[Abstract]:With the advent of new electronic products such as UAV, smart glasses, VR and so on, the safety of batteries, discharge specific capacity, More and more attention is paid to the charge / discharge times of lithium-rich Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2 cathode material due to its high discharge specific capacity. In this paper, we use pressure-type spray drying method to synthesize Liasco _ 1.2Nii _ (0.2) MN _ (0.6) O _ (2), and improve material's large ratio performance and cycle stability by element doping and surface coating. The content is as follows: 1: 1, through pressure-type spray drying. The dry method optimizes the different conditions for the synthesis of Listav 1.2Nitig 0.2mn.o.2.By adjusting the different lithium-containing amounts, Air inlet temperature, pressure and other factors of the equipment, The experimental results show that LiOH Li 2CO 3O 3 LiNo3 is used as lithium source to prepare Lio 1. 2 Nitix 0. 2S / O 0. 2. The capacity of LiOH is the highest after 50 charge / discharge cycles. Secondly, when the lithium content is 1. 00 mol (chemical), the lithium content is 1. 00 mol / L (chemical = 1. 00 mol) after 50 charge / discharge cycles, when the LiOH is used as the lithium source, the experimental results show that the capacity of the prepared material is the highest when the lithium content is 1. 00 mol / L (chemical). When the inlet air temperature is 170 鈩，

本文编号：1550084