镍钴锰三元正极材料的掺杂改性研究

发布时间：2017-10-25 10:33

  本文关键词：镍钴锰三元正极材料的掺杂改性研究

  更多相关文章： 正极材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 掺杂 电化学性能

【摘要】：锂离子电池具有三维空间小、较轻的质量、单位质量体积所具有的能量大、充放电次数多、自损耗电量低、可以多次充电而无记忆等优点,已经广泛应用于较容易携带的移动工具、电子产品等领域,近年来在电动交通工具和军事装备等领域发展迅速。近年来,由于钴资源的价格昂贵且动力电源方面的制约,商业化的主流正极材料Li CoO2已逐渐暴露出其缺陷,自T.Ohzuku首次研制了层状结构的Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2以来,该材料以其高可逆容量,迅速引起了研究者的关注,并有取代LiCoO2正极材料的趋势,在电压区间2.5~4.4V、2.8~4.2V下,其可逆比容量可达160和200mAh/g;LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2属ɑ-NaFeO2层状结构,属R3m空间群,其中Ni主要为+2价,Co为+3价,Mn主要为+4价,也有少量的Ni3+、Mn3+离子。Ni2+与Li+离子半径相近,导致LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2易发生“阳离子混排”现象,破坏了材料的晶体结构稳定性,进而降低了材料在充放电过程中的性能。在电池充放电反应过程中,只有Ni2+/Ni3+,Ni3+/Ni4+,Co3+/Co4+参与反应,Mn4+起稳定材料结构作用,取代Mn4+不会减少材料中活性物质的量。研究者发现:金属阳离子Al、Mg、Ti、Fe等掺杂可以维持材料结构稳定,改善材料性能。关于Sn4+离子掺杂的研究较少,主要因为SnO2熔点高、难溶解,固相法制备中Sn4+难以进入正极材料体相结构,SnO2在晶体材料表面形成包覆。本实验研究了Sn4+取代Mn4+掺杂进正极材料体相结构对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构和电化学性能的影响,以SnCl2?2H2O为掺杂原料采用共沉淀法制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xSnxO2。通过X射线光谱、扫描电镜、充放电测试等技术对LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xSnxO2材料的结构、形貌、电化学性能进行表征。结果表明:(1)本实验采用共沉淀法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,Sn4+能有效掺杂进正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的体相结构,通过Sn4+取代Mn4+,通过电化学性能分析得到Sn4+取代Mn4+的适宜掺杂量为x=0.04。(2)Sn4+掺杂可以提高材料在充放电过程中的电学性能,在0.2 C,2.8~4.2 V电压区间内LiNi1/3Co1/3Mn1/3-0.04Sn0.04O2的首次放电比容量和充放电效率分别为138.5 mAh/g、83%,30次循环后容量保持率为96.96%,与未掺杂LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料相比,改性后的材料首次放电比容量上升,充放电效率得到提高。
【关键词】：正极材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 掺杂 电化学性能
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-29
• 1.1 引言9-11
• 1.2 锂离子电池简介11-21
• 1.2.1 锂离子电池基本概述11
• 1.2.2 锂离子电池结构及工作原理11-14
• 1.2.3 锂离子电池的分类及特点14-16
• 1.2.4 我国锂离子电池的发展现状16-17
• 1.2.5 锂离子电池负极材料17-18
• 1.2.6 锂离子电池电解液18-19
• 1.2.7 锂离子电池正极材料19-21
• 1.3 镍钴锰酸锂电池21-28
• 1.3.1 镍钴锰酸锂电池的简介21-22
• 1.3.2 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的晶体结构及充放电机理22-23
• 1.3.3 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的合成方法23-26
• 1.3.4 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的改性研究26-28
• 1.4 课题研究内容和创新之处28-29
• 第二章 实验材料与方法29-37
• 2.1 实验主要的药品及试剂29-30
• 2.2 实验仪器与设备30
• 2.3 共沉淀法LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)SnxO_2粉体的制备30-32
• 2.4 固相法LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)SnxO_2粉体的制备32
• 2.5 电池的组装流程32-34
• 2.5.1 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_x O_2电池正极片的制备32-33
• 2.5.2 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_x O_2电池的组装与结构33-34
• 2.6 分析测试方法34-37
• 2.6.1 X射线衍射分析34-35
• 2.6.2 扫描电镜分析35
• 2.6.3 EDS能谱仪分析35
• 2.6.4 电化学测试35-37
• 第三章 实验结果与分析37-49
• 3.1 共沉淀法合成正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_xO_2的改性研究37-46
• 3.1.1 化学共沉淀法制备前驱体Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_xCO_337-40
• 3.1.2 X射线衍射物相分析40-42
• 3.1.3 样品微观形貌及粒度分析42-43
• 3.1.4 材料的电化学性能分析43-46
• 3.2 固相法合成正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_xO_2的样品表征46-49
• 3.2.1 固相法制备粉末样品LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_x O_246-47
• 3.2.2 固相法制备粉末样品LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3-x)Sn_x O_2的EDS成分分析47-49
• 第四章 结论49-50
• 参考文献50-55
• 致谢55-56
• 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果56

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本文编号：1093341