提高三元正极材料高电压下电化学性能研究

发布时间：2017-10-10 21:14

  本文关键词：提高三元正极材料高电压下电化学性能研究

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【摘要】：锂离子电池Li-Ni-Co-Mn-O三元正极材料,具有高比容量、良好的循环性能、安全性好和对环境污染小等优点,逐渐受到人们的重视,有望成为未来锂离子电池主流正极材料之一。随着人们对高能量密度的要求,提高正极材料的工作电压成为一种重要手段。然而,在高工作电压下,三元材料的循环性能、倍率性能等电化学性能会变差,提高三元材料在高电压下的电化学性能,具有十分重要的意义。本实验以Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2和Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2两种三元材料为研究重点,通过电解液改性和材料的包覆改性,提高材料在高电压(4.7V)下的电化学性能。综合运用了扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等表征手段,对改性材料进行物性表征,采用循环伏安法(CV)、交流阻抗(EIS)以及恒流充放电等分析方法,研究材料电化学性能改善情况。以Li2CO3作为添加剂,改性现有电解液,研究电解液对Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2材料在高电压下电化学性能的影响。研究发现,当添加量为2 wt.%时,材料表现出最佳循环性能,在2.8V~4.7V电压区间内,0.2C情况下,循环充放电50周后,放电比容量仍有171.2 mAh/g,容量保持率为81.21%,当使用不含添加剂的电解液时,50周后材料的放电比容量为156.2 mAh/g,容量保持率仅为73.75%。当Li2SiO3作为添加剂,添加量为0.3 wt.%时,材料表现出最好的电化学性能,循环充放电70周后,放电比容量达到172.7 mAh/g,容量保持率为79.73%。研究包覆改性对Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2材料在高电压下电化学性能的影响。通过液相包覆的方法,依次在Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2材料表面包覆AlF3和MgF2,形成复合包覆层,当AlF3和MgF2包覆量分别为1wt.%时,在2.8V~4.7V电压区间内,0.2C情况下,充放电95周后,放电比容量为177.6 mAh/g,容量保持率达到79.21%,而未包覆材料放电比容量仅为130.3 mAh/g,容量保持率为59.51%。对材料进行倍率性能研究,在0.2C,0.5C,1C,2C,5C条件下,依次连续充放电10周,5C时,放电比容量达到114.5 mAh/g。因此,复合包覆后,材料在高电压下的电化学性能得到了提高。以AlF3和MgF2作为包覆物,研究包覆改性对Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2材料在高电压下电化学性能的影响。2.8V~4.7V电压区间内,0.5C条件下,对不同包覆物、不同包覆量的包覆后材料进行研究。单层包覆AlF3,包覆量为0.5%时,材料的循环性能得到较好的改善效果,循环充放电100周后,放电比容量达到155.2 mAh/g,容量保持率为73.45%。单层包覆MgF2,包覆量为0.5%时,100周循环后放电比容量为151.3mAh/g,容量保持率为70.53%。双层复合包覆综合了单层包覆的优势,表现出最佳的包覆效果,当AlF3和MgF2的包覆量均为0.5%时,材料的循环性能和倍率性能都得到了提高,100周后,放电比容量为164.4 mAh/g,相对未包覆材料提升了47.5 mAh/g,容量保持率为75.56%,相对未包覆材料提升了19.57%。在0.2C,0.5C,1C,2C,5C条件下,依次连续充放电10周,5C下放电比容量达到106.7 mAh/g。综上所述,电解液改性和材料包覆改性,有效地抑制了高电压下电解液的氧化分解及对活性材料的腐蚀、活性材料与电解液间的副反应,减少了过渡金属离子的溶出,有利于维持材料结构的完整性,提高材料在高电压下电化学性能。
【关键词】：锂离子电池 Li-Ni-Co-Mn-O正极材料 高电压 电解液 包覆
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 锂离子电池简介12-22
• 1.2.1 锂离子电池工作原理12-13
• 1.2.2 锂离子电池正极材料13-15
• 1.2.3 Li-Ni-Co-Mn-O正极材料15-20
• 1.2.4 锂离子电池电解液20-22
• 1.3 本论文的选题背景和研究内容22-24
• 第2章 实验原料、仪器及实验方法24-30
• 2.1 实验药品24-25
• 2.2 实验仪器25-26
• 2.3 实验研究方法26-30
• 2.3.1 材料物性表征26-27
• 2.3.2 电极片制备与电池装配27
• 2.3.3 材料的电化学性能测试27-30
• 第3章 电解液改性提高三元材料在高电压下的电化学性能30-38
• 3.1 Li_2CO_3作为添加剂对Li[Ni_(_(1/3))Co_(1/3)Mn_(1/3)]O_2高电压下电化学性能影响30-34
• 3.1.1 充放电循环性能研究30-32
• 3.1.2 交流阻抗分析32
• 3.1.3 扫描电子显微镜（SEM）分析32-34
• 3.2 Li_2SiO_3作为添加剂对Li[Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)]O_2高电压下电化学性能影响34-37
• 3.2.1 充放电循环性能研究34-35
• 3.2.2 循环伏安分析35-36
• 3.2.3 交流阻抗分析36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 Li[Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)]O_2材料包覆改性38-52
• 4.1 Li[Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)]O_2材料的包覆工艺及物性表征38-41
• 4.2 电化学性能研究41-50
• 4.3 本章小结50-52
• 第5章 Li[Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)]O_2材料包覆改性52-67
• 5.1 Li[Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)]O_2材料不同电压下电化学性能分析及包覆工艺52-54
• 5.2 AlF_3包覆Li[Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)]O_2材料研究54-57
• 5.2.1 包覆产物物性表征54-56
• 5.2.2 电化学性能研究56-57
• 5.3 MgF2包覆Li[Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)]O_2材料研究57-59
• 5.3.1 包覆产物物性表征57-58
• 5.3.2 电化学性能研究58-59
• 5.4 AlF3和MgF2双层包覆Li[Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)]O_2材料研究59-64
• 5.4.1 包覆产物物性表征59-60
• 5.4.2 电化学性能研究60-64
• 5.5 综合分析64-65
• 5.6 本章小结65-67
• 结论67-69
• 参考文献69-77
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单77-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：1008636