锰系高电压锂离子电池正极材料的合成及性能研究

发布时间：2017-06-17 03:11

  本文关键词：锰系高电压锂离子电池正极材料的合成及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：正极材料是锂离子二次电池的“心脏”,其性能直接影响着电池的工作电压,容量及成本等,本论文以Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料为研究对象,系统的研究了材料的形貌及制备工艺对其性能的影响规律;同时,本文还研究了影响正极材料电化学性能的因素。首先,通过调控制备条件,制备出了高性能球形Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。系统的研究了金属盐浓度、反应温度和搅拌速度等因素对前躯体形貌的影响。将最佳条件下制备的前躯体进行掺锂煅烧,探索煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的物化性能的影响。在700℃煅烧温度下制备的Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料具有最佳的电化学性能,首次放电比容量高达132.4 mAh/g,100次循环后容量保持率为89.6%,同时材料具有优异的快速充放电能力,在20 C倍率下可逆比容量仍能达到6_(0.5) mAh/g。其次,为了进一步提高材料的电化学性能,本文基于快速形核机理,以氢氧化钠为沉淀剂,采用快速沉淀法结合水热反应制备出了晶粒尺寸小且均匀的前躯体。在此基础上通过掺锂煅烧过程,制备了单分散的、性能优异的Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。系统研究了过渡金属盐种类、水热温度、煅烧温度和煅烧时间等关键条件对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的物化性能的影响。优化的Li Ni_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的首次放电比容量为138.5mAh/g,经过100次循环以后可逆比容量还能达到117.3 mAh/g,容量保持率为89.5%。在快速充放电20 C倍率下可逆比容量高达11_(1.5) mAh/g。同时,初步探讨了形貌、结构对正极材料的电化学性能的影响。最后,为了满足动力电池对性能的要求,以非常具有应用前景商用三元层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2为研究对象,系统的研究了电池制备工艺中正极片厚度、隔膜类型、电解液组成和负极表面变化等因素对材料电化学性能的影响规律。
【关键词】：锂离子电池 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 振实密度 快速成核 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2 电化学性能
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646;TM912
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 文献综述9-27
• 1.1 引言9
• 1.2 锂离子电池概述9-12
• 1.2.1 锂离子电池的发展简史9-10
• 1.2.2 锂离子电池的特点10-11
• 1.2.3 锂离子电池的工作原理11-12
• 1.3 常用锂离子电池正极材料研究进展12-18
• 1.3.1 LiCoO_2正极材料13-14
• 1.3.2 LiNiO_2正极材料14-15
• 1.3.3 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料15-16
• 1.3.4 LiFe PO_4正极材料16-17
• 1.3.5 LiMn2O_4正极材料17-18
• 1.4 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料研究进展18-25
• 1.4.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的结构及性能18-19
• 1.4.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的合成方法19-24
• 1.4.3 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的改性研究24-25
• 1.5 论文研究目的与内容25-27
• 第二章 实验材料与方法27-32
• 2.1 实验试剂27-28
• 2.2 实验仪器设备28-29
• 2.3 材料的结构、形貌以及相关表征29
• 2.3.1 X射线衍射分析(XRD)29
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)29
• 2.3.3 拉曼光谱(Raman)29
• 2.4 电池的组装29-31
• 2.5 材料电化学性能测试31-32
• 2.5.1 恒流充放电性能测试31
• 2.5.2 循环伏安测试(CV)31
• 2.5.3 交流阻抗测试(EIS)31-32
• 第三章 球形LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的可控制备及性能研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 实验内容32-34
• 3.2.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的制备32-33
• 3.2.2 实验因素的拟定33-34
• 3.3 球形前躯体的可控制备34-35
• 3.3.1 金属盐浓度的影响34
• 3.3.2 搅拌速度的影响34-35
• 3.3.3 反应温度的影响35
• 3.4 煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4物化性能的影响35-40
• 3.4.1 煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4结构的影响35-36
• 3.4.2 煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4形貌的影响36-37
• 3.4.3 煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能的影响37-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 快速沉淀法制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料42-63
• 4.1 引言42
• 4.2 实验内容42-44
• 4.2.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的制备42-43
• 4.2.2 实验因素的拟定43-44
• 4.3 金属盐种类对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响44-47
• 4.3.1 金属盐种类对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4结构的影响44
• 4.3.2 金属盐种类对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4形貌的影响44-45
• 4.3.3 金属盐种类对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能的影响45-47
• 4.4 水热温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响47-51
• 4.4.1 水热温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4结构的影响47-49
• 4.4.2 水热温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4形貌的影响49
• 4.4.3 水热温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能的影响49-51
• 4.5 煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响51-55
• 4.5.1 煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4结构的影响51-52
• 4.5.2 煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4形貌的影响52-53
• 4.5.3 煅烧温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能的影响53-55
• 4.6 煅烧时间对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响55-57
• 4.6.1 煅烧时间对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4结构的影响55
• 4.6.2 煅烧时间对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4形貌的影响55-56
• 4.6.3 煅烧时间对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能的影响56-57
• 4.7 快速沉淀法与共沉淀法制备的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的物化性能比较57-61
• 4.7.1 电化学性能分析58
• 4.7.2 SEM分析58-61
• 4.8 本章小结61-63
• 第五章 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的电化学性能影响因素研究63-71
• 5.1 引言63
• 5.2 实验内容63-64
• 5.2.1 不同类型电池的组装63-64
• 5.2.2 Li金属负极表面特性表征64
• 5.2.3 实验因素的拟定64
• 5.3 正极片厚度对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响64-65
• 5.4 隔膜类型对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响65-66
• 5.5 电解液组成对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响66-68
• 5.6 负极表面变化对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响68-69
• 5.7 本章小结69-71
• 结论71-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录79-80

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