富锂型锂电池正极材料的自蔓延法制备及其电化学性能

发布时间：2017-10-12 13:07

  本文关键词：富锂型锂电池正极材料的自蔓延法制备及其电化学性能

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【摘要】：锂离子电池的应用越来越广泛,人们对锂电材料提出来更高的要求:高容量、高安全性、更好的循环性、倍率性和更低的成本等。而目前市场上的正极材料并不能满足市场的要求,锂离子电池正极材料成为锂电池大规模商业化的瓶颈,因此新型的锂电正极材料吸引越来越多研究者的注意。在这种背景下,锂离子电池富锂层状材料因具较高的比容量、较高的工作电压平台等特点引起了众多研究者的注意。虽富锂层状材料在混合动力汽车及其他方面具有广阔的应用前景,但是其材料本身存在一些不足:较大的首圈不可逆损失、倍率性能较差、循环性衰减等,影响了其实际商业化进程。鉴于锂电池富锂层状材料的以上特点,本文对其进行了以下研究:一、自蔓延燃烧法制备富锂x Li2Mn O3·(1-x)Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2(x=0.4,0.5,0.6)正极材料,探讨了x的值、烧结温度对于材料的形貌和电化学性能的影响。本实验利用XRD、SEM、Zview拟合、比表面及粒径分析等测试技术对材料的物相结构和微观形貌进行了表征,并探讨了材料对其电化学性能的影响。通过XRD分析结果表明,样品均为纯相的层状结构,SEM和粒径分析发现材料的粒径尺寸大小约为200nm,充放电测试结果显示:自蔓延燃烧法制备的富锂正极材料具有较好的电化学性能,0.6Li2Mn O3·0.4Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2的首圈放电容量为255m Ah/g,经过100圈充放电后,其容量保持率为84%,在2.3~4.8V、0.1C的充放电条件下。二、材料的形貌和粒径对于其电化学性能具有很大影响,为了更好的控制材料的形貌和颗粒尺寸,本文通过控制自蔓延烧结时的气氛和添加分散剂PVP以达到控制富锂层状正极材料形貌和颗粒尺寸的目的,并制备富锂层状材料0.6Li2Mn O3·0.4Li Ni0.7Mn0.3O2,系统的探讨了:(1)在空气中自蔓延、添加分散剂后在空气中自蔓延,以及添加分散剂后在氧/氮混合气氛下自蔓延,研究结果发现:添加分散剂在空气中自蔓延的材料电化学性能最佳。(2)为了得到更好电化学性能的富锂层状正极材料,对金属盐的混合溶液进行减压蒸馏,研究发现减压蒸馏后的材料电化学性能有相应的提高。并对所制备的富锂0.6Li2Mn O3·0.4Li Ni0.7Mn0.3O2正极材料进行了XRD、SEM分析等的测试。研究发现添加分散剂后对材料的团聚起到好的控制作用。三、基于富锂层状材料的倍率性较差和首圈库仑效率偏低的情况下,本文对富锂0.6Li2Mn O3·0.4Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2材料进行了包覆,(1)Li2Zr O3包覆:自蔓延制备的富锂材料高温烧结后进行Li2Zr O3的包覆,系统考察了包覆量对富锂材料的结构和电化学性能的影响。测试结果表明,通过Li2Zr O3包覆的富锂正极材料的倍率性能有了显著提升,尤其在大倍率下,并对其原因作了进一步的探讨。四、为了研究不同包覆物对于富锂正极材料电化学性能的影响,我们对其进行了Al F3的包覆,Al F3包覆:包覆方法同Li2Zr O3的包覆,研究发现当包覆量为2%时材料的循环性最好,其倍率性比纯样有显著提高,并对其原因作了探讨。对电池进行了高温测试,在55℃下材料仍具有较好的电化学性能。本文探讨了富锂层状正极材料自蔓延制备的工艺,结构形貌特征与其电化学性能的关系,为我们以后关于富锂层状材料的应用研究和理论指导提供了依据。
【关键词】：锂离子电池 富锂正极材料 自蔓延制备方法 包覆改性 电化学性能
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-29
• 1.1 前言17
• 1.2 锂离子电池概述17-20
• 1.3 锂离子电池正极材料的研究进展20-24
• 1.4 富锂层状正极材料的研究进展24-27
• 1.5 本论文研究意义及内容27-29
• 2 实验材料与实验方法29-34
• 2.1 实验仪器及药品29-30
• 2.2 材料的制备方法30-32
• 2.3 电极的制备及电池的组装32
• 2.4 主要测试手段及原理32-34
• 3 自蔓延法制备x Li_2Mn O_3·(1-x)Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2及其性能研究34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-35
• 3.3 结果与讨论35-40
• 3.4 本章小结40-42
• 4 富锂 0.6Li_2Mn O_3·0.4Li Ni_(0.7)Mn_(0.3)O_2正极材料的制备及其电化学性能的研究42-50
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验部分43
• 4.3 结果与讨论43-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 Li_2Zr O_3包覆层对富锂正极材料 0.6Li_2Mn O_3·0.4Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的电化学性能改善及其原因50-58
• 5.1 引言50-51
• 5.2 实验部分51
• 5.3 结果与讨论51-57
• 5.4 本章小结57-58
• 6 Al F_3包覆层对富锂正极材料 0.6Li_2Mn O_3·0.4Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的电化学性能改善及其原因58-66
• 6.1 引言58-59
• 6.2 实验部分59
• 6.3 结果与讨论59-65
• 6.4 本章小结65-66
• 7 结论66-68
• 参考文献68-76
• 作者简历76-78
• 学位论文数据集78

【参考文献】

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1 赵雪玲;唐道平;麦永津;赵欣悦;王素清;张灵志;;溶胶凝胶法合成富锂正极材料Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2及性能表征[J];无机化学学报;2013年05期

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本文编号：1018863