富锂锰基层状正极材料元素掺杂改性研究

发布时间：2020-04-05 22:49

【摘要】：富锂锰基层状材料xLi2MnO3·(1-x)LiM02(M为Mn、Co、Ni)具有高的能量密度,很有希望成为下一代高能量密度锂离子电池正极材料,但是,这种正极材料存在着倍率性能差、循环性能差、容量和放电平台急速衰减等问题,从而限制了其在商业领域的应用。基于以上问题,本论文以Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2富锂材料为研究体系,通过溶胶凝胶法分别用F、Al、Mo元素对Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2材料进行掺杂改性研究,主要研究内容如下:针对富锂锰基层状材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M为Mn、Co、Ni)存在着充放电循环性能差的缺点,采用溶胶凝胶法制备氟掺杂Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2-xFx正极材料,以提高这种材料的长循环充放电性能。研究结果表明,氟掺杂材料的晶体结构与未掺杂材料相似,但氟掺杂明显改善了充放电长循环性能的稳定性。在125 mA/g电流密度下电池循环500次,掺杂5%F的Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O1.95F0.05材料比容量保持率为79.2%,并且极大地抑制了放电平台电位的衰减,而未掺杂的Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2材料的比容量保持率仅为16%,其放电电位平台已经消失。这些结果表明氟掺杂能有效地抑制富锂锰基层状结构正极材料充放电过程中比容量和放电平台的衰减。掺杂A1的Li1.2Mn0.56-xAlxNi0.16Co0.08O2材料的循环稳定性以及放电平台稳定性得到提高,掺A1材料在1250 mA/g和2500 mA/g电流密度下循环仍有较高的放电比容量,Li1.2Mn0.51Al0.05Ni0.16Coo.08O2材料在125 mA/g电流密度下循环300次表现出高达94%的容量保持率,同时该材料此时仍有较高放点平台电位,相比之下,Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2材料的容量保持率仅为50%,材料的放点平台电位急剧衰减,循环300次后已经趋近消失,这些都表明A1离子掺杂能够有效改善富锂锰基层状材料的电化学性能。通过溶胶凝胶法合成Mo掺杂的Li1.2Mn0.56-xMoxNi0.16Co0.08O2富锂锰基层状材料,Mo离子掺杂能够降低富锂材料的电荷转移阻抗,材料倍率性能得到提高,掺杂3%Mo的Li1.2Mn0.53Mo0.03Mi0.16Co0.08O2材料在10C倍率下放电比容量可达92 mAh/g。此外,Li1.2Mn0.53Mo0.03Ni0.16Co0.08O2材料在125 mA/g的电流密度下循环300次,材料的容量保持率为67%,高于未掺杂Mo的Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2材料的50%,表明掺杂Mo离子能够改善富锂锰基层状材料的循环稳定性。
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环境污染问题

第一章绪论.1 引言近年来，能源危机和环境问题一直是人类社会面临的主要挑战。煤炭，石油和天等不可再生能源消耗量不断增加，导致人类赖以生存的能源和资源逐渐减少，造成 1.1 示温室效应、酸雨、城市阴霾和自然灾害频繁等严重的环境污染问题。这对资持续发展构成巨大挑战。因此，寻求开发新的清洁能源势在必行。发展太阳能，风能，地热能，氢能和其他清洁能源取代传统能源是解决环境问题的方法，是实现人会可持续发展的主要途径之一。然而，如图 1.2 示，诸如太阳能，水能和风能等非续的新能源非常容易受到地形和天气等环境因素的影响。因此就需要储能系统调节能源分布不均现象。与此同时，当前水力发电和燃煤发电也产生很多过剩的电能，样需要储能装置进行收集，这就促使国家寻求发展新能源产业。

锂离子电池,清洁能源,新能源,转换方式

图 1.2 常见的清洁能源新能源产业已成为国家重点发展和支持项目，在许多储能和转换方式中，二次电高效且清洁的新能源，可以回收利用，这是全面缓解能源，资源和环境问题的重要途径[1,2]。锂离子电池具有能量密度高，温度范围宽，充放电电压高，循环稳定性用寿命长，安全可靠等特点[3]，在 1991 年，，自可充电锂离子电池由 SONY 公司首道能够商业化以来[4]，锂离子电池迎来大发展时期，并已广泛应用于便携式电子设能源汽车，军工航空等领域，加至市场对于锂离子电池大量的需求以及许多的政府政策，这些都加速了锂离子电池的快速发展，相信锂离子电池将来会有更好的发展.2 锂离子电池简介.2.1 锂离子电池的工作原理锂离子电池是指具有碳材料作为负电极和锂离子嵌入化合物作为正电极材料的的总称[5]。锂离子电池的充电和放电过程就是嵌入和脱嵌锂离子的过程。在锂离子
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912;O614.111

【参考文献】