富锂锰基正极材料的制备优化与硅钨酸包覆研究

发布时间：2020-04-28 23:02

【摘要】：锂离子电池富锂锰基层状正极材料以其高比容量、低成本、合成工艺简单等优点,已经成为各方学者的研究热点。但是,要想将其应用到商业化生产中,还需解决材料首次库伦效率低、循环与倍率性能差等问题。本文主要内容是利用共沉淀法结合高温固相法制备新型高工作电压的富锂0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料,并对合成过程的关键参数进行了优化,将最终得到的富锂正极材料与已经广泛研究过的0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的材料进行对比,分析其优势与劣势;另外为提高富锂0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的倍率与循环稳定性,对其进行硅钨酸包覆研究,并通过物理与电化学表征深入解析包覆对富锂材料的结构及电化学性能的影响。针对富锂0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的平均工作电压低,并且在循环过程中易发生相转变等导致电压与容量衰减,故拟减少材料中过渡金属Mn的含量,合成组成为0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的富锂锰基层状正极材料,以提高材料的平均工作电压,并对其合成过程中的预烧时间、烧结温度和烧结时间等进行优化,通过XRD、SEM等物理表征结合电化学性能确定最优工艺的富锂0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料,其首次放电比容量为149mA h g~(-1);平均工作电压为3.86 V;同时将制得的最优工艺的新型富锂材料与0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2进行对比,并且结合XRD、SEM等物理分析与电化学性能解析得出0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料的倍率性能与循环过程中的电压衰减有了明显的提升,1000 mA g~(-1)电流密度下放电比容量仍有114 mA h g~(-1),在1 C倍率下循环100次后电压衰减仅为0.07 V,而0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料衰减则有0.17 V。由于富锂锰基层状正极材料0.5Li_2MnO_3×0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2中Li_2MnO_3相为绝缘体,不利于电子与离子传输,影响材料整体的倍率性能。故将具有高的电子与离子电导率的硅钨酸包覆在材料表面提高材料整体的电子电导率与锂离子扩散系数,提高材料的倍率性能,500 mA g~(-1)电流密度下包覆材料的放电比容量仍有158 mA h g~(-1),较原始材料提升约34 mA h g~(-1);同时硅钨酸做为一个表面保护层,可以有效地抑制电极材料与电解液发生副反应,提高界面结构的稳定性,使得包覆后的富锂锰基层状正极材料具有良好的循环稳定性,在300 mA g~(-1)的电流密度下循环100次后容量保持率仍在90%以上。
【图文】：

离子电池简介些年来，由于化石能源的不断减少，人们开始对太阳能、潮汐能、风进行开发与利用。但是，这些能量不能连续的产生，因此需要特定的能实现达到人们使用需求的能源持续供应[1, 2]。如今世界各国都已认源对于实现资源节约型，环境友好型社会的重要性，致力于通过可再的高效转化、储存和运输来解决当前经济发展与环境恶化等日益严。而二次电池，可以实现化学能与电能之间的高效率转化，具有较高功率密度（图 1-1），是有效利用这些清洁能源的非常重要的一部分[3展迅猛的化学电源—锂离子电池，由于其具有较高的能量密度、 较性、高工作电压和没有记忆效应等优点在笔记本电脑、便携式电子设等领域有了较为广泛的应用[4]。同时，我国政府为促进可持续发展提、新能源、新材料和新能源汽车等七大新兴产业的重点发展，促使人电池的容量与能量密度等提出了更高的要求。锂离子电池正极材料，的循环性能与比容量、加强电池的安全性、降低成本等要求的关键性来越多的关注。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文于加拿大的 Moli 公司由于电池爆炸事件而宣告破产。1990出商用锂离子电池，采用层状LiCoO2作为电池的正极，石墨0Whkg-1，循环寿命超过 1000 次，首先实现锂离子电池的商2/C 锂离子电池为例，在充放电过程中，Li+在电池正极与负现充放电，像摇椅一般，所以也被叫做“摇椅式电池”（RC-2 所示[6]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912

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本文编号：2643955