层状富锂锰基锂离子电池正极材料的制备及其电化学性能

发布时间：2017-05-17 21:04

  本文关键词：层状富锂锰基锂离子电池正极材料的制备及其电化学性能，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：发展绿色无污染的新型能源已成为人类社会可持续发展的重要战略选择。高能锂离子电池作为一种新型绿色储能器件,具有高工作电压、高能量密度、无污染、长循环寿命等优点,在电动汽车以及储能系统中具有广泛的应用前景。锂离子电池的整体性能主要取决于正极材料,因此设计制备高性能的正极材料是发展新一代高能锂离子电池的关键。相比于其他的正极材料(如钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂等),富锂锰基层状正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni, Co, Mn)具有更高的放电容量,可达到250 mAh g-1以上,被认为是下一代锂离子电池正极材料的有力竞争者。本文针对富锂锰基正极材料倍率性能和循环稳定性不理想的问题,采用纳米化和分级结构设计策略来改善富锂锰基正极材料的电化学性能。采用乙二醇作溶剂,发展了PVP协助的燃烧法制备富锂锰基Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2纳米颗粒,并系统比较了加入PVP与不加PVP的产物的形貌、结构与电化学性能的差异性。加入PVP的Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2材料颗粒均匀,颗粒尺寸约为50-100 nm,并且具有良好的结晶性。相比于未加PVP的对比样,加入PVP的富锂锰基Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2显示出更为优异的倍率性能,在20、200、400、1000和2000 mA g-1的电流密度下,其放电比容量分别为286.1、209.7、184.9、151.7和123.3 mAh g-1。研究表明纳米化能有效缩短锂离子的扩散传输路径,提高了材料的比表面积和活性物质利用率。采用溶剂热法制备了具有分级结构的富锂锰基Li1.2Mn0.54Ni0.18Co0.08O2正极材料。该材料由粒径为100-300 nm的一次纳米颗粒交联组成,最后形成花生形态的二级微米结构,具有良好的结晶性和层状结构。分级结构的富锂锰基Li1.2Mn0.54Ni0.18Co0.08O2正极材料具有良好的电化学性能。在200 mA g-’的电流密度下充放电,其首次放电容量高达229.9 mAh g-1。循环100次后容量保持率高达94.2%。此外,该体系具有强化的倍率性能,在400、1000和2000 mA g-1的电流密度下,放电比容量分别为198.3、167.5和145 mAh g-1。其出色的电化学性能主要归功于分级结构的短离子扩散路径和良好的结构稳定性。
【关键词】：锂离子电池 正极材料 层状富锂锰基氧化物 纳米化 分级结构
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 引言10-11
• 1.2 锂离子电池概述11-15
• 1.2.1 锂离子电池的工作原理11-12
• 1.2.2 锂离子电池的特点12
• 1.2.3 锂离子电池的组成12-15
• 1.3 锂离子电池正极材料15-22
• 1.3.1 层状LiCoO_2正极材料16-17
• 1.3.2 尖晶石型LiMn_2O_4正极材料17-18
• 1.3.3 橄榄石型LiFePO_4正极材料18-19
• 1.3.4 层状LiMO_2正极材料19-22
• 1.4 富锂锰基层状锂离子电池正极材料22-26
• 1.4.1 富锂锰基层状正极材料的结构22-23
• 1.4.2 富锂锰基层状正极材料的电化学特性23-24
• 1.4.3 富锂锰基层状正极材料的合成及改性研究24-26
• 1.5 选题依据及主要研究内容26-28
• 第二章 实验仪器和实验方法28-32
• 2.1 实验试剂及设备28-29
• 2.1.1 化学试剂28-29
• 2.1.2 实验设备29
• 2.2 材料表征29-30
• 2.2.1 材料物相分析29
• 2.2.2 材料微观形貌分析29-30
• 2.2.3 材料微观结构分析30
• 2.2.4 材料比表面积及孔径分布分析30
• 2.3 材料电化学性能测试30-32
• 2.3.1 电极片的制备及电池的组装30-31
• 2.3.2 恒电流充放电测试31
• 2.3.3 循环伏安测试(CV)31
• 2.3.4 电化学阻抗谱测试(EIS)31-32
• 第三章 Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_2纳米颗粒的制备及电化学性能研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_2正极材料的燃烧法制备32-33
• 3.3 Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_2正极材料的结构与形貌分析33-36
• 3.4 Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_2正极材料的电化学性能36-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 分级结构Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.18)Co_(0.08)O_2的制备及电化学性能研究42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.18)Co_(0.08)O_2正极材料的溶胶凝胶法制备42-43
• 4.3 Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.18)Co_(0.08)O_2正极材料的结构与形貌分析43-47
• 4.4 Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.18)Co_(0.08)O_2正极材料的电化学性能47-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 结论54-56
• 参考文献56-68
• 致谢68-70
• 个人简历70-72
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果72-73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 田志宏;赵海雷;王治峰;仇卫华;;改善Li_4Ti_5O_(12)倍率性能的研究进展[J];电池;2008年03期

2 王琦;邓思旭;刘晶冰;汪浩;;提高正极材料磷酸铁锂倍率性能的研究进展[J];化工进展;2011年12期

3 吕岩;张浩;曹高萍;王碧燕;;提高负极材料Li_4Ti_5O_(12)倍率性能的进展[J];电池;2010年03期

4 孙斌;王生朝;欧玲;;Li_(1-3x)Er_xFePO_4材料的合成及性能[J];电池工业;2009年02期

5 李海明;张旭东;何文;毕志英;李彦鹏;闵丹丹;;LiFePO_4正极材料高倍率性能的研究进展[J];山东陶瓷;2012年06期

6 张光辉;闫早学;邹红丽;沈培康;;空心碳半球锂离子电池负极的高倍率性能研究[J];电化学;2010年02期

7 崔小如;吕奕菊;龙云飞;苏静;王凡;文衍宣;;还原条件对碳热还原合成LiFePO_4/C大倍率性能的影响[J];广西大学学报(自然科学版);2013年03期

8 王福庆;陈剑;衣宝廉;;水热法合成具有优异倍率性能的纳米LiFePO_4[J];电源技术;2014年02期

9 高明霞;王军华;叶欣;刘永锋;潘洪革;;LiFePO_4结晶性、颗粒尺寸和Fe_2P原位引入对其倍率性能的协同作用[J];科学通报;2013年32期

10 王弯;王婷;朱丁;陈云贵;;La和F复合掺杂对LiMn_2O_4高倍率性能的影响[J];功能材料;2013年19期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王德宇;王兆翔;李泓;黄学杰;陈立泉;;LiFePO_4铁位掺杂的改性研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年

2 杜柯;张宏;;Pt元素掺杂提高LiCoO_2材料的倍率性能[A];2002年材料科学与工程新进展（上）——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年

3 高明霞;潘洪革;殷月辉;刘永锋;;LiFePO_4正极材料中Fe_2P的原位引入和其对材料高倍率性能的影响[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年

4 唐伟;刘丽丽;田舒;李磊;越云博;吴宇平;朱凯;;水溶液可充锂电池优良倍率性能纳米LiCoO_2电极材料的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 张卫东;汪小雅;周恒辉;陈继涛;;基于铁氧化物锂离子电池负极材料的制备与性能表征[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年

6 孙永明;罗巍;黄云辉;胡先罗;;氧化钼基纳米复合物的控制合成与储锂性能研究[A];第十二届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2012年

7 王兆翔;刘建永;柳娜;白莹;李文静;刘道坦;陈立泉;;对表面改性提高锂离子电池正极材料性能机理的新认识[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

8 袁威;闫继;唐致远;马莉;;高倍率性能锂离子正极材料Li_3V_2(PO_4)_3/C的制备及其电化学性能研究[A];第29届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2011年

9 孙福根;刘爽;凌立成;龙东辉;;芳香性水杨酸辅助固相合成高性能纳米LiFePO_4/C电极材料[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

10 徐吉静;王中利;徐丹;张新波;;锂空气电池关键材料研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第24分会：化学电源[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 殷月辉;引入Fe_2P的LiFePO_4锂离子电池正极材料的结构设计和其高倍率性能研究[D];浙江大学;2011年

2 柳志民;高性能钛氧化物负极材料制备及其电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

3 白咏梅;碳源及金属离子掺杂等对磷酸铁锂性能的影响[D];湖南大学;2011年

4 丁元力;微纳结构LiMn_2O_4的可控合成及其电化学性能研究[D];浙江大学;2011年

5 金双玲;纳米结构锂离子电池负极材料的设计、制备及性能研究[D];华东理工大学;2012年

6 郭瑞;锂离子电池正极材料Li[Ni，Co，Mn]O_2的制备及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

7 许晶;聚阴离子型锂离子电池正极材料的制备及改性[D];哈尔滨工业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郭丹;氢镍动力电池材料氢氧化镍的高温高倍率性能改进研究[D];河南师范大学;2015年

2 周巧;锂离子电池正极材料LiMn_2O_4的制备与改性研究[D];合肥工业大学;2015年

3 郭飞祥;LiFePO_4正极材料低温及倍率性能研究[D];北京理工大学;2015年

4 谢添;锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的合成与改性研究[D];长沙理工大学;2014年

5 张一笛;层状富锂锰基锂离子电池正极材料的制备及其电化学性能[D];浙江大学;2016年

6 叶欣;LiFePO_4/C锂离子电池正极材料的制备及结构与性能研究[D];浙江大学;2011年

7 王海燕;高倍率锂镍钴锰复合氧化物材料的制备技术[D];中南大学;2008年

8 芦伟;聚苯胺包覆法制备纳米LiFePO_4/C核壳复合材料及其性能研究[D];国防科学技术大学;2010年

9 彭辉;锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)O_2倍率性能提升研究[D];西南石油大学;2015年

10 韩福东;碳基锂离子电池负极材料的制备及其性能研究[D];山东大学;2012年

  本文关键词：层状富锂锰基锂离子电池正极材料的制备及其电化学性能，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：374470