长寿命、高倍率的LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 锂离子电池正极材料的制备与改性研究

发布时间：2022-01-06 02:19

　　正极材料决定着锂离子电池的成本和电性能,因此开发具有高性能（高放电比容量、长周期循环性能、高工作电压）、低成本、无污染的锂离子电池正极材料意义重大。尽管三元正极材料已经实现了商业化,目前对三元正极材料的利用只达到其理论比容量的一半并且其循环性能也不够理想,因此需要对其进行改性。三元正极材料的改性主要在于两个方面:一是提高材料的放电比容量;二是改善材料的长周期循环性能。本论文中,采用简单的碳酸盐共沉淀法制备前驱体,并对前驱体改性制得LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料。对前驱体进行Al（OH）₃包覆后高温煅烧,最终实现了Al³⁺掺杂和LiAlO₂包覆共同改性的目的;在前驱体的制备过程中加入F127表面活性剂改变其形貌,随后高温煅烧时引入F^-掺杂改性。采用XRD、TEM、SEM、XPS以及GSAS结构精修等测试手段对改性完后的活性材料进行表征,利用充放电测试、循环伏安测试、交流阻抗测试等方法测试分析改性... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池发展历程简示图

华南理工大学硕士学位论文LiCoO2正极则发生嵌锂反应。锂离子电池的工作原理本质上也是一个氧化还原反应，以LiCoO2/石墨全电池为例，充放电过程中电极反应式如下：(+) LiCoO2| LiPF6(EC/DMC) | C (-)正极反应：LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-（1-1）负极反应：nC + xLi++ xe- LixCn（1-2）电池反应：LiCoO2+ nC Li1-xCoO2+ LixCn（1-3）1.3.2 新型电池与锂离子电池的比较

华南理工大学硕士学位论文LiNi0.7Co0.1Mn0.2O2（NCM 712），LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM 811））。三元正极材料 NCM 与 LiCoO2具有相同的 -NaFeO2层状结构和 R-3m 空间群，它是在 LiNiO2材料的基础上通过 Co 和 Mn 元素的掺杂获得的。三元正极材料中，O 原子处于 6c 的位置，Li 处于 3a 位置，Ni、Co、Mn 原子以无序分布的状态处于 3b 位置。由于 Li+半径与 Ni2+半径相近，材料中部分的 Li 和 Ni 发生混排而相互占据对方的位置，这对于材料电化学性能的发挥是不利的[55]。以 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为例，图 1-4 显示的是该材料的晶体结构模型。图中 a 模型认为 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2是以三种过度金属随机分布的固溶体模型；而图 b 中的模型认为该材料是以片状的 CoO2、NiO2、MnO2有序的堆叠而成的，这种层状结构为锂离子的快速传输提供了二维通道。三元正极材料的理论比容量可达 277 mAh g-1，实际放电比容量因 Ni 元素含量不同而不同。

【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池正极材料研究进展[J]. 王亚平,胡淑婉,曹峰.  电源技术. 2017(04)
[2]锆掺杂以提升LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的高温电化学性能[J]. 杨祖光,滑纬博,张军,陈九华,何凤荣,钟本和,郭孝东.  物理化学学报. 2016(05)



本文编号：3571525