锂离子电池富镍正极材料LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 制备及改性研究

发布时间：2024-04-06 16:44

　　近年来,新能源汽车进入了快速发展轨道,其核心部件的锂离子电池正极材料成为解决“里程焦虑”的最大贡献者,其中大容量的富镍正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(简称NCA,下同)备受青睐。然而,NCA的循环容量衰减问题和安全性问题一直是限制其推广的主要原因。本文从材料设计到衰减机理,针对NCA循环容量衰减问题进行研究。通过共沉淀方法合成具有振实密度高,形貌规则,粒径分布均匀的球形NC前驱体,并探讨了共沉淀工艺对前驱体结构、形貌、振实密度和粒径分布的影响。结果表明:前驱体及正极材料的结晶度和振实密度随p H值和络合剂浓度的提高而先增大后减小,随进料量和搅拌速度的增大而增大。系统优化了固相烧结工艺,制备了离子混排少、循环性能好的正极材料,研究了各工艺参数(预烧温度、预烧时间、烧结温度、烧结时间、配锂量及氧气流速)对正极材料结构、形貌及电化学性能的影响,明确了“工艺-结构-性能”之间的内在关系。结果表明:LiNi0.8Co0.15Al0.05O2结晶度随着预烧温度和烧结温度的提高、预烧时间和烧结时间的延长而先增大后减小,阳离子混排随着预烧温度和烧结温度的提高、预烧时间和烧结时间的延...

【文章页数】：161 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 锂离子电池概述
        1.2.1 锂离子电池组成结构与原理
        1.2.2 锂离子电池正极材料
    1.3 层状富镍材料体系
        1.3.1 结构与反应机理
        1.3.2 富镍材料的问题与挑战
        1.3.3 富镍材料改性研究进展
        1.3.4 其他挑战
    1.4 研究的目的及意义
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与研究方法
    2.1 主要化学试剂与实验仪器
        2.1.1 主要化学试剂
        2.1.2 主要实验仪器
    2.2 材料制备方法及过程
        2.2.1 共沉淀法合成氢氧化镍钴前驱体
        2.2.2 固相烧结制备正极材料
    2.3 材料的结构、组成与形貌
        2.3.1 X射线衍射(常规与Rietveld精修)
        2.3.2 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)表征
        2.3.3 X射线光电子能谱(XPS)表征
        2.3.4 热重(TG-DSC)表征
        2.3.5 扫描电子显微镜成像(SEM)观察
        2.3.6 透射电子显微镜成像(TEM)观察
        2.3.7 粉末材料振实密度测试
        2.3.8 粒度分布测试
    2.4 扣式电池电化学性能测试
        2.4.1 电池的组装
        2.4.2 电化学性能测试
第3章 高振实LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂前驱体合成研究
    3.1 引言
    3.2 共沉淀法合成氢氧化镍钴前驱体的工艺研究
        3.2.1 合成工艺对结构的影响
        3.2.2 合成工艺对前驱体及正极材料形貌的影响
        3.2.3 合成工艺对振实密度的影响
    3.3 本章小结
第4章 烧结工艺对LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂性能的影响研究
    4.1 引言
    4.2 LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂烧结工艺优化
        4.2.1 LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂烧结程序的确定
        4.2.2 预烧温度对LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂结构和性能的影响
        4.2.3 预烧时间对LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂结构和性能的影响
        4.2.4 烧结温度对LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂结构和性能的影响
        4.2.5 烧结时间对LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂结构和性能的影响
    4.3 配锂量优化
    4.4 氧气流速优化及对电化学性能的影响
    4.5 本章小结
第5章 LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂修饰及掺杂改性研究
    5.1 引言
    5.2 钛掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂研究
        5.2.1 钛掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂结构与形貌观察
        5.2.2 钛掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂电化学性能测试研究
    5.3 铌掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂研究
        5.3.1 铌掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂结构与形貌观察
        5.3.2 铌掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂电化学性能测试
    5.4 氟掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂研究
        5.4.1 氟掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂结构与形貌观察
        5.4.2 氟掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂电化学性能测试
    5.5 铈掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂研究
        5.5.1 铈掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂结构与形貌观察
        5.5.2 铈掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂电化学性能测试
    5.6 本章小结
第6章 LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂-LiMn₂O₄复合电极体系研究
    6.1 引言
    6.2 铝掺杂亚微晶LiMn₂O₄制备与性能研究
        6.2.0 烧结温度对LiMn₂O₄结构及性能的影响
        6.2.1 烧结时间对LiMn₂O₄材料结构的影响
        6.2.2 烧结时间对LiMn₂O₄电化学性质的影响
        6.2.3 铝掺杂LiMn₂O₄研究
    6.3 LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂-LiMn₂O₄复合电极体系研究
        6.3.1 复合电极物理性质表征
        6.3.2 混合比例对电化学性能的影响
    6.4 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：3946895