高容量富锂锂离子电池正极材料的制备、改性及性能研究

发布时间：2018-04-23 10:26

  本文选题：锂离子电池 + 富锂　； 参考：《宁波大学》2014年硕士论文

【摘要】：高容量是未来锂离子电池发展的重要趋势，而目前已经商业化的锂离子电池采用的正极材料主要为LiCoO2，比容量只有140mAh·g-1，同时由于Co有毒，资源有限导致价格昂贵，因此开发新型正极材料成为锂离子电池研究的重点。 富锂层状正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2因其容量高、新的充放电机理、成本低成为近年来锂离子电池正极材料的热点。因为引入结构稳定单元Li2MnO3，当首次充电电压大于4.5V时，会出现L型电压平台，首次放电比容量高达200mAhg-1。基于该材料，本论文的研究内容主要可以分为以下几部分： （1）采用溶胶-凝胶法制备了富锂正极材料，首先探究了煅烧温度对富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的性能的影响，在最佳煅烧温度850℃温度下煅烧的材料的首次放电容量为254.2mAh·g-1，首次库伦效率为76.1%，16周循环后，材料保持容量分别为141.6mAh·g-1；在850℃温度下制备了系列富锂正极材料Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2(x=0.1-0.5)，随着x的增大，富锂正极材料的首次充电容量和放电容量都呈现减小趋势，，首次库伦效率逐渐变大；对Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2进行Co3+、V5+掺杂研究，发现Co3+掺杂后材料的放电比容量和循环性能都得到了很大改善，而V5+掺杂能提高材料的首次库伦效率，却使材料的结构稳定性和循环性能恶化 （2）采用循环伏安法（CV）和容量间歇滴定技术（CITT）两种不同的方法测定了富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的扩散系数。循环伏安法测定的了富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2的表观锂离子扩散系数为6.04×10-12cm2s-1；而根据容量间歇滴定技术（CITT）法计算的锂离子扩散系数为3.13×10-12到1.22×10-10cm2s-1，充电过程中锂离子扩散系数随充电电压的变化趋势为：当电压为3.8V到4.0V之间，锂离子扩散系数随着电压升高而变大，并且在4.0V达到最大值1.22×10-10cm2s-1；当电压达到4.3V时，锂离子扩散系数迅速下降。 （3）通过对交流阻抗的等效电路分析，采用多电流密度的时域暂态技术计算了富锂正极材料Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2在不同放电倍率下的各部分极化及其占总极化的百分率。计算结果与试验曲线相吻合，从计算结果我们可以得到，Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2/Li半电池的总极化可以分为欧姆阻抗（R0）极化、界面传输阻抗（R1Q1）极化、电荷转移阻抗（R2Q2）极化和锂离子扩散阻抗（Q3）极化，并且分析了各部分阻抗极化占总极化的大小。整个极化过程可以相对地分为由并联电路R1Q1决定的过程I、有并联电路R2Q2和Q3共同控制的过程II。电荷转移的极化、锂离子穿越SEI膜的极化和固态锂离子扩散极化都要引起重视，并通过优化制备方法和电池设计使其达到最小值，才能改善富锂正极材料的倍率性能。
[Abstract]:High capacity is an important trend in the future development of lithium-ion batteries. At present, LiCoO2 is the main cathode material used in commercial lithium-ion batteries, and its specific capacity is only 140mAh g-1. At the same time, due to the toxicity of Co, limited resources lead to high prices. Therefore, the development of new cathode materials has become the focus of lithium ion battery research. Li-rich layered cathode material Li [NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3] O _ 2 has become a hotspot of cathode materials for lithium-ion batteries in recent years because of its high capacity, new charge-discharge mechanism and low cost. Because of the introduction of the structural stabilization unit Li _ 2MnO _ 3, when the first charge voltage is greater than 4.5 V, the L-type voltage platform will appear, and the specific discharge capacity of the first discharge will be as high as 200mAhg-1. Based on this material, the research content of this paper can be divided into the following parts: 1) Lithium-rich cathode materials were prepared by sol-gel method. Firstly, the effect of calcination temperature on the properties of Li [Ni0.2Li0.2Mn0.6] O _ 2 was investigated. The first discharge capacity of the material calcined at 850 鈩

本文编号：1791563