富锂锰锂离子电池正极材料的合成及其电化学性能研究

发布时间：2018-04-28 04:07

  本文选题：正极材料 + 富锂锰材料　； 参考：《浙江工业大学》2014年硕士论文

【摘要】：由于石油资源的逐渐枯竭和环境污染的影响,锂离子动力电池在电动汽车上的应用日益受到关注。与数码相机、音乐播放器和手机等电池相比,电动汽车对锂离子电池的能量密度和功率密度提出了更高的要求。富锂锰层状固溶体正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2(M为过渡金属元素)因具有比容量高、热稳定性好、成本低和环境友好等优点而广受关注,但较差的充放电循环性能主要限制了其在电动汽车动力电池方面的应用。针对上述问题,本文选择以富锂锰层状固溶体正极材料为研究对象,详细研究了0.15Li_2MnO_3·0.85Li(Ni_(0.4)Co_(0.25)Mn_(0.35))O_2和0.3Li_2MnO_3·0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2的合成、微观结构和电化学储锂性能,以及表面包覆处理对电极材料微观结构和电化学储锂性能的影响,以期为富锂锰层状固溶体正极材料在电动汽车动力电池方面的应用提供一定的实验依据和理论指导。采用共沉淀结合固相反应法合成了富锂锰层状固溶体材料0.15Li_2MnO_3·0.85Li(Ni_(0.4)Co_(0.25)Mn_(0.35))O_2和0.3Li_2MnO_3·0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2。微结构的分析与研究表明,合成的0.15Li_2MnO_3·0.85Li(Ni_(0.4)C00.25Mn_(0.35))O_2和0.3Li_2MnO_3·0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2材料都具有α-NaFeO_2层状晶体结构,微观形貌呈均匀类球状结构,无明显团聚现象。进一步的研究发现,Al_2O_3和AlF_3在0.15Li_2MnO_3·0.85Li(Ni_(0.4)Co_(0.25)Mn_(0.35))O_2和0.3Li_2MnO_3·0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2材料的颗粒表面形成了包覆层,且不影响富锂锰层状固溶体材料的主要晶体结构。将富锂锰层状固溶体材料制造成型号55150210软包装动力电池,研究了其电化学性能。结果表明,Al_2O_3和AlF_3包覆的0.15Li_2MnO_3·0.85Li(Ni_(0.4)Co_(0.25)Mn_(0.35))O_2和0.3Li_2MnO_3·0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2材料具有较好的充放电循环稳定性。AlF_3表面包覆材料在1C充放电电流密度下经过500次充放电循环,放电克容量初始容量为177mAh/g的75%,Al_2O_3表面包覆材料在1C充放电电流密度下经过500次充放电循环,放电克电容量初始容量为170mAh/g的75%。在1C充电2C放电下,Al_2O_3表面包覆的0.3 Li_2MnO_3·0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2材料在2.7—4.24 V电压窗口经过3500次充放循环还保持75%以上的初始比容量(150mAh/g),在2.5—4.35V电压窗口经过2000次充放循环还保持78%以上的初始比容量(157mAh/g)。
[Abstract]:Due to the depletion of petroleum resources and the impact of environmental pollution, the application of lithium-ion power batteries in electric vehicles has attracted more and more attention. Compared with batteries such as digital cameras, music players and mobile phones, electric vehicles require higher energy density and power density of lithium-ion batteries. Li-rich manganese layered solid solution cathode material xLi_2MnO_3 _ (1-x) LiMoS _ 2M is widely concerned because of its high specific capacity, good thermal stability, low cost and environmental friendliness. But the poor performance of charge and discharge cycle mainly limits its application in electric vehicle power battery. To solve the above problems, the synthesis, microstructure and electrochemical lithium-storage properties of 0.15Li_2MnO_3 0.85Li(Ni_(0.4)Co_(0.25)Mn_(0.35))O_2 and 0.3Li_2MnO_3 0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2 were studied in detail. The effects of surface coating treatment on the microstructure of electrode materials and electrochemical lithium storage properties are also discussed in order to provide some experimental basis and theoretical guidance for the application of layered solid solution materials rich in lithium and manganese in electric vehicle power batteries. Li-rich manganese layered solid solution materials 0.15Li_2MnO_3 0.85Li(Ni_(0.4)Co_(0.25)Mn_(0.35))O_2 and 0.3Li_2MnO_3 0.7Li / Nix were synthesized by coprecipitation combined with solid state reaction method. The analysis and study of microstructure show that the synthesized 0.15Li_2MnO_3 0.85Li(Ni_(0.4)C00.25Mn_(0.35))O_2 and 0.3Li_2MnO_3 0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2 materials have 伪 -NaFeO-2 layered crystal structure, and the microstructure is homogeneous spherical structure without obvious agglomeration. Further studies show that Als _ 2O _ 3 and AlF_3 have a coating layer on the surface of 0.15Li_2MnO_3 0.85Li(Ni_(0.4)Co_(0.25)Mn_(0.35))O_2 and 0.3Li_2MnO_3 0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2 particles, and have no effect on the main crystal structure of Li-rich manganese layered solid solution materials. The lithium-rich manganese-rich layered solid solution material was made into model 55150210 flexible packaging power battery and its electrochemical performance was studied. The results show that the 0.15Li_2MnO_3 0.85Li(Ni_(0.4)Co_(0.25)Mn_(0.35))O_2 and 0.3Li_2MnO_3 0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2 materials coated with Al2O3 and AlF_3 have better stability in charge and discharge cycles. The coating materials on AlF3 surface undergo 500 charge / discharge cycles at 1C charge-discharge current density. When the initial discharge capacity is 177mAh/g, the surface coating material of Al _ 2O _ 3 goes through 500 charge-discharge cycles at 1 C current density, and the initial discharge capacity is 75 times of that of 170mAh/g. After 3500 charging cycles at 2.7-4.24 V voltage window, the initial specific capacity of AlStuby _ 2o _ 3 coated with 0.3 Li_2MnO_3 0.7Li(Ni_(0.4)Co_(0.45)Mn_(0.15))O_2 material is more than 150 mAh-g / g, and the initial specific capacity is over 78% at 2.5-4.35 V voltage window after 2000 charging and amplifying cycles, and the initial specific capacity is over 78% at 2.5-4.35 V voltage window after 3500 charging and discharging cycles.
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912

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本文编号：1813693