高性能富锂锰基正极材料的表面重构及全电池性能分析
发布时间：2022-01-10 04:07
新能源汽车的快速发展及其续航里程的提升对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求,而正极材料是制约锂离子电池比容量及能量密度的关键。富锂锰基正极材料Li[Lix（MnM）1-x]O2（M = Ni,Co,Fe等）因具有高放电比容量（>280 mAh g-1）、高工作电压（>3.6 V）和高体积比能量（1000 WhL-1）等优势,受到了研究者广泛的关注。富锂锰基正极材料的高容量来源于高电压下（>4.5 V）Li2Mn03结构的活化,此过程伴随着材料结构的不可逆转变;此外,该类材料的结构在循环过程中逐渐由层状结构转变为类尖晶石结构,这就导致了材料的放电比容量和放电电压随循环衰减严重、倍率性能变差等问题。持续的结构转变不仅在材料体相中产生了大量的两相界面,严重阻碍了 Li+的传输,而且还产生了电化学活性较低的岩盐结构和无定形结构,削弱了 Li+脱出/嵌入的可逆性,因此,保持结构稳定、维持Li+迁移通道顺畅有望成为解决富锂锰基正极材料问题的有效途径。本文以深入研究富锂锰基正极材料的Li+扩散特点及其与材料结构的关系为基础,提出了原位包覆快离子导体以及构建表面反位缺陷的技术路线,...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１锂离子电池工作原理示意图Ｗ?（ＬｉＣ〇０２／电解液／石墨）??２．１．３锂离子电池正极材料的特点??
Ｃ｜?ｕｃｍｍｃｍｍ?ＵｔＭ＾ｋ??ｏｒｇａｒｉｅ??图２－１锂离子电池工作原理示意图Ｗ?（ＬｉＣ〇０２／电解液／石墨）??２．１．３锂离子电池正极材料的特点??正极活性材料是锂离子电池的核心组成部件之一，其主要特性直接影响??了锂离子电池的整体性能如比容量、比能量、安全性、成本等。以ＬｉＣｏ０２??正极活性材料为例，在３．０－４．２Ｖ工作电压范围内，Ｌｉ＋的脱出量只有０．５，并??不能全部从结构脱出；如果Ｌｉ＋脱出量大于０．５，活性材料内部及表面结构将??趋于不稳定，因此，ＬｉＣｏ０２的放电比容量也只有理论放电比容量的一半约为??１４０?ｍＡｈ?ｇ＿ｌ［２１］。ＬｉＣｏ０２的结构特性就直接决定了以ＬｉＣｏ〇２为正极的锂离子??电池的能量密度不高，工作电压有限等特点。为了满足对高放电比能量、高??安全性、低成本的追求，新型正极材料的开发与研究越来越重要，理想中的??－４－??
‘?｜?！？?＾??Ｗ?＾?ｆｃｆｅ．??？攀?ｆ＇Ｔ議’？?？？??图２－３?ＬｉＣｏ〇２结构示意图１２３１??２．２．２层状结构ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｕｘ－ｙＯｚ锂离子电池正极材料??１＾１１等［３４］和％吐丨〇等［３５］首次合成了具有Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ三元素的层状正极??材料?ＬｉＮｉｘＭｎｙＣ〇ｉ－ｘ－ｙ〇２?（〇＜ｘ，?ｙ＜ｌ，ｘ＋ｙ＜ｌ）。三元素材料的结构与?ＬｉＣｏ〇２??类似，具有ａ－ＮａＦｅ０２层状结构，属于六方晶系，Ｒ－３ｍ空间群，其中，氧原??子呈立方密堆积排列，Ｌｉ＋和过渡金属离子交替占据氧原子堆积形成的八面体??３ａ和３ｂ位置，氧原子占据６ｃ位置。ＬｉＮｉｘＭｎｙＣ〇ＮＸ－ｙ〇２材料的比容量与其组??分有关，一般而言其放电比容量随Ｎｉ含量的增加而增大，如图２－４?（ａ）所示??［３６］。２００１年，Ｏｈｚｕｋｕ等［３７］人首次提出并利用固相法合成了?Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ比??例为１：１：１的二兀素正极材料ＬｉＮｉｉ／３Ｃ〇ｉ／３Ｍｎｉ／３〇２，此类材料可以看成是由??ＵＣ０Ｏ２、ＬｉＮｉ０２和ＬｉＭｎ０２三者构成的固溶体
本文编号：3580022
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
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【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１锂离子电池工作原理示意图Ｗ?（ＬｉＣ〇０２／电解液／石墨）??２．１．３锂离子电池正极材料的特点??
Ｃ｜?ｕｃｍｍｃｍｍ?ＵｔＭ＾ｋ??ｏｒｇａｒｉｅ??图２－１锂离子电池工作原理示意图Ｗ?（ＬｉＣ〇０２／电解液／石墨）??２．１．３锂离子电池正极材料的特点??正极活性材料是锂离子电池的核心组成部件之一，其主要特性直接影响??了锂离子电池的整体性能如比容量、比能量、安全性、成本等。以ＬｉＣｏ０２??正极活性材料为例，在３．０－４．２Ｖ工作电压范围内，Ｌｉ＋的脱出量只有０．５，并??不能全部从结构脱出；如果Ｌｉ＋脱出量大于０．５，活性材料内部及表面结构将??趋于不稳定，因此，ＬｉＣｏ０２的放电比容量也只有理论放电比容量的一半约为??１４０?ｍＡｈ?ｇ＿ｌ［２１］。ＬｉＣｏ０２的结构特性就直接决定了以ＬｉＣｏ〇２为正极的锂离子??电池的能量密度不高，工作电压有限等特点。为了满足对高放电比能量、高??安全性、低成本的追求，新型正极材料的开发与研究越来越重要，理想中的??－４－??
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