三元层状富锂锰基正极材料的改性研究

发布时间：2017-10-20 18:07

  本文关键词：三元层状富锂锰基正极材料的改性研究

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【摘要】：随着科技进步和社会发展，电子产品、医疗设备、新能源汽车和军事装备等领域对储能设备的要求日益苛刻。研发低成本、高安全性能、高比容量和高比功率的锂离子电池成为研究发展的趋势。富锂锰基正极材料由于其放电比容量高（～250mAh·g-1）和成本低等优点成为研究热点。但目前对该材料的研究还有一些亟待解决的问题，如首次库伦效率偏低、倍率性能差等。本文采用溶胶凝胶法合成富锂锰基材料Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2，分别采用Li4Mn5O12和Li4Ti5O12对其包覆改性，从而达到提高材料电化学性能的目的。具体开展工作的实验结果如下： 采用溶胶凝胶法制备三元富锂锰基正极材料Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2。采用具有高锂离子导电性的尖晶石材料Li4Mn5O12包覆改性高容量的层状富锂锰基材料Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2。通过对改性材料的XRD测试发现，材料的主体结构没有改变，仍是层状材料，结晶度良好。但是随着包覆量的增加会有微弱的肩峰出现，这是因为改性材料中Li4Mn5O12尖晶石相结构逐渐体现出来。通过电化学测试发现改性材料0.01Li4Mn5O12·0.99Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2表现出最佳的循环性能（0.1C，80周循环后放电比容量为259.8mAh g-1，容量保持率高达89.8%）和倍率性能（1C，50周循环后放电比容量为185.1mAh g-1，5C，首周放电比容量为184.4mAh g-1）。此外，材料电荷传递阻抗在适量Li4Mn5O12包覆改性后得到显著降低。通过TEM可以看出，改性材料0.01Li4Mn5O12·0.99Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2表面存在2~3nm的Li4Mn5O12包覆层，这能够有效抑制电解液对本体材料的侵蚀和对金属离子的溶解，从而改善了材料的循环和倍率性能。 采用溶胶凝胶法制备三元富锂锰基正极材料Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2。用结构稳定、高锂离子导电性的尖晶石材料Li4Ti5O12包覆改性高容量的层状材料Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2。通过对改性材料的XRD测试发现，材料的主体结构没有改变，仍是层状材料，结晶度良好。但是随着包覆量的增加会有微弱的肩峰出现，这与改性材料中Li4Ti5O12的存在有关。通过电化学测试发现改性材料0.03Li4Mn5O12·0.97Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2表现出最佳的循环性能（0.1C，，50周循环后放电比容量为200.2mAh g-1，容量保持率高达80.5%）和倍率性能（1C，50周循环后放电比容量为181.3mAh g-1，5C，首周放电比容量为156.1mAh g-1）。此外，材料电荷传递阻抗在适量Li4Ti5O12包覆改性后得到显著降低。改性材料0.01Li4Mn5O12·0.99Li[Li0.2Mn0.55Ni0.15Co0.1]O2表面存在结构稳定的Li4Ti5O12薄层，从而显著提升了材料的结构稳定性。
【关键词】：锂离子电池 富锂正极材料 包覆改性 高倍率 电化学性能
【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
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-29
• 1.1 引言12-13
• 1.2 锂离子电池简介13-15
• 1.2.1 锂离子电池的原理及结构13-14
• 1.2.2 锂离子电池的特点14-15
• 1.3 锂离子电池正极材料15-21
• 1.3.1 层状正极材料16-18
• 1.3.2 尖晶石结构材料18-20
• 1.3.3 橄榄石结构正极材料20-21
• 1.4 富锂锰基正极材料的特点及研究现状21-24
• 1.4.1 富锂锰基正极材料结构21-22
• 1.4.2 富锂锰基正极材料结构22-24
• 1.5 富锂层状正极材料的改性研究24-27
• 1.5.1 表面包覆25
• 1.5.2 体相掺杂25-26
• 1.5.3 电极材料颗粒的纳米化及形貌控制26
• 1.5.4 形成复合材料26-27
• 1.6 本课题研究的主要内容27-29
• 第2章 实验原料、仪器设备与分析测试方法29-35
• 2.1 实验主要原料29
• 2.2 实验原料与仪器29-30
• 2.3 试验方法30-35
• 2.3.1 材料合成的方法30-31
• 2.3.2 实验电池的组装31
• 2.3.3 材料的测试与表征31-32
• 2.3.4 材料的电化学性能测试32-35
• 第3章 xLi_4Mn_5O_(12)·(1-x) Li[Li_(0.2)Mn_(0.55)Ni_(0.15)Co_(0.1)]O_2(0≤x≤0.05)的电化学性能研究35-55
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 材料的制备36-37
• 3.2.2 材料的表征37
• 3.3 结果与讨论37-53
• 3.3.1 材料的结构和形貌讨论37-42
• 3.3.2 材料的首次充放电性能42-45
• 3.3.3 材料的循环性能45-49
• 3.3.4 材料的倍率性能49-51
• 3.3.5 富锂材料的电化学阻抗测试分析51-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第4章 xLi_4Ti_5O_(12)·(1-x) Li[Li_(0.2)Mn_(0.55)Ni_(0.15)Co_(0.1)]O_2(0≤x≤0.05)的电化学性能研究55-73
• 4.1 引言55-56
• 4.2 实验部分56-57
• 4.2.1 材料的制备56
• 4.2.2 材料的表征56-57
• 4.3 结构与讨论57-72
• 4.3.1 材料的结构和形貌讨论57-60
• 4.3.2 材料的首次充放电性能60-62
• 4.3.3 材料的循环性能62-66
• 4.3.4 材料的倍率性能66-69
• 4.3.5 富锂材料的电化学阻抗测试分析69-72
• 4.4 本章小结72-73
• 结论73-76
• 参考文献76-83
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单83-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吉野彰;日本锂离子蓄电池技术的开发过程和最新趋势[J];电源技术;2001年06期

2 傅秋莲;蒋晓瑜;陈文哲;;柠檬酸溶胶凝胶法合成LiCoO_2的晶体结构研究[J];光谱学与光谱分析;2008年06期

3 吴宇平,方世璧,江英彦;可逆高储锂的锂离子电池炭负极材料的研究进展[J];化学通报;1997年09期

4 李敏;李荣华;王文继;;Li_3PO_4包覆LiMn_2O_4正极材料的结构表征和电化学性能[J];化学研究;2007年04期

5 张宁;陈勃涛;刘勇;;球形钴酸锂制备及性能研究[J];天津科技;2009年04期

6 李阳兴,姜长印,万春荣,朱永鉙;喷雾干燥法制备LiCoO_2超细粉[J];无机材料学报;1999年04期

7 刘景,温兆银,吴梅梅,顾中华,曹佳弟,林祖~

本文编号：1068575