富锂层状氧化物正极材料的电化学性能研究

发布时间：2017-03-20 12:11

  本文关键词：富锂层状氧化物正极材料的电化学性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锂离子电池作为化学能与电能之间的转换装置,因其具有高的比能量密度、高的电池电压、长的循环寿命、安全性能良好且环境友好等优点,被广泛应用于在动力、照明、化学、纺织、通信、广播等各个领域,极大地推动了社会经济的发展。随着社会的进步,人们对锂离子电池提出了更高的性能要求,希望获得更高的比能量密度、更长的循环寿命和更佳的安全性能,尤其是当它应用在移动设备上,因此积极研发新的体系和新的电极材料成为下一阶段锂离子电池研究的重点。经过多年的研究发展,负极材料可达到的可逆容量已远远超过正极材料,而正极材料成本约占电池总成本的30%到40%,所以,侧重发展正极材料才是提高电池性能的最优选择。富锂层状固溶体因为高的工作电压和容量一直备受关注,本文中,我们聚焦于富锂层状的Li2RuO3-LiCoO体系和Li3NbO4-NiO体系的结构与电化学性能之间的关系,总结为以下两个工作。1.通过简单的固相反应法制备出Li2RuO3-LiCoO型复合物,充放电测试表明该体系具有高的放电比容量,在恰当的电压范围内以一定的电流密度进行充放电,其放电容量高达240 mAh/g,经过50圈循环后,容量还有180 mAh/g,说明Li2RuO3组分不仅作为电化学反应活性相参与反应为体系提供能量,并且能稳定体系整体结构。2.同样以固相法合成出Li3NbO4-NiO一系列层状富锂固溶体。电化学测试表明该体系高的放电比容量,特别是对于含Nb量高的样品,在一定的电压范围内以适中的电流密度进行充放电,放电比容量可高达340 mAh/g。如此高的放电比容量除了由传统的过渡金属Ni参加氧化还原反应提供比容量之外,氧参与反应也是比容量的一个重要来源。尽管该系列固溶体的循环稳定性不高,但通过对比依然可以发现对于含Nb量高的样品的稳定性要好于含Nb量低的样品,表明Li3NbO4对晶体的支撑作用。总的来说,挑选合适的过渡金属以诱导氧参与氧化还原反应是提高正极材料比容量的一条重要策略。
【关键词】：锂离子电池 富锂过渡金属氧化物 固相反应法 结构与性能
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 引言10-11
• 1.2 锂离子电池概述11-16
• 1.2.1 锂离子电池简介11-13
• 1.2.2 锂离子电池发展历史13-15
• 1.2.3 正极材料的选择要求15-16
• 1.3 常见的氧化物正极材料16-25
• 1.3.1 LiCoO_216-19
• 1.3.2 LiNiO_219
• 1.3.3 LiMnO_219-20
• 1.3.4 LiNi_(1-y)Co_yO_220-21
• 1.3.5 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_221-23
• 1.3.6 Li_2MnO_323-24
• 1.3.7 LiMn_2O_424-25
• 1.4 本论文选题背景与研究目的25-27
• 第二章 试验方法27-31
• 2.1 实验原料27-28
• 2.2 电极制备28
• 2.3 材料表征28-29
• 2.3.1 X射线衍射28
• 2.3.2 扫描电子显微镜28-29
• 2.3.3 透射电子显微镜29
• 2.3.4 X射线光电子能谱29
• 2.4 材料电化学性能测试29-31
• 2.4.1 恒流充放电测试29
• 2.4.2 循环伏安测试29-30
• 2.4.3 交流阻抗测试30-31
• 第三章 富锂层状Li_2RuO_3-LiCoO_2的电化学性能研究31-42
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验32-33
• 3.2.1 固相反应法32
• 3.2.2 液相混合法32-33
• 3.3 结果与讨论33-41
• 3.3.1 Li_2RuO_3-LiCoO_2型复合物的结构表征33-37
• 3.3.2 Li_2RuO_3-LiCoO_2型复合物的电化学性能37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 富锂层状Li_3NbO_4-NiO的电化学性能研究42-49
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验43-44
• 4.3 结果与讨论44-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 总结与展望49-51
• 5.1 本论文创新之处49
• 5.2 展望49-51
• 参考文献51-59
• 致谢59-60
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果60

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