锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂的合成与改性
发布时间：2020-10-21 12:35
锂离子电池现已广泛的应用于手机、数码相机和笔记本电脑等便携式的电子设备上,目前也发展到已经做为动力电池成功应用在了电动车上。人们对其能量密度、循环性能、倍率性能、安全性、使用寿命等提出了越来越高的要求。尤其在能量密度方面,目前锂离子电池能量密度的最高水平为210Wh/kg和650Wh/L,远不足汽油的四分之一,这严重影响着锂离子电池在电动汽车领域的应用。目前锂离子电池的正极材料有LiFePO_4、LiMn_2O_4和LiCoO_2,随着目前市场对电池能量密度要求越来越高,上述材料很难满足现今的市场,因此开发和应用新型的正极材料是研究者的首要任务。其中,高镍系正极材料LiNi_(1-x-y)Co_xAl_yO_2得到了极大的关注,因此本文在前人工作基础上,选取了此款当前已经在动力电池材料有应用的镍、钴、铝三元系正极材料(LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2以下简称NCA)进行了研究。作为最新一代的正极材料,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料具有制造成本低、充放电比容量高、充放电电压高和循环性能好等优点,同时在大功率锂离子动力电池方面也表现出巨大的发展潜力,是当今锂离子电池正极材料界的研究热点,但是此款材料也具有自身的缺陷,尤其在高温烧结制备过程中,Ni~(2+)难以完全转化为Ni~(3+)的同时造成阳离子混排,影响了材料的性能,这也是目前整个高镍系材料制备所面临的难题。本文采用喷雾干燥法制备锂离子电池LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料,并详细地研究了预煅烧温度、预烧时长、高温煅烧温度和高温煅烧时长等因素对该材料的结构和电化学性能的影响。最后得到制备LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2最佳工艺路线如下:锂摩尔配比(Li/Ni+Co+Al)为1.08:1,510℃空气氛围下预烧时长8小时,高温800℃煅烧10小时。通过XRD、SEM对材料的结构进行表征,以及相关的电化学性能测试,在0.1C条件下,材料的首次放电容量达到190.3mAh/g,循环50圈后的容量保持率达92.9%。本文采用实验室制备的LPAN对所制备的LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2复合改性。所得10%LPAN复合的正极材料,在0.1C条件下,材料的首次放电容量达到182.2mAh/g,循环50后放容量保持率为98.8%。经过复合后,材料的Li~+的脱嵌效率和材料结构的稳定性均得到了提升,从而提升了LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的循环稳定性。
【学位单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池简介
1.3 锂离子正极材料
2正极材料'> 1.3.1 LiCoO2正极材料
2正极材料'> 1.3.2 LiNiO2正极材料
4正极材料'> 1.3.3 LiFePO4正极材料
2O4正极材料'> 1.3.4 LiMn2O4正极材料
1-x-yMxNyO2正极材料的制备与改性研究'> 1.4 锂离子电池LiNi1-x-yMxNyO2正极材料的制备与改性研究
1-x-yMxNyO2正极材料的制备方法'> 1.4.1 锂离子电池LiNi1-x-yMxNyO2正极材料的制备方法
1-x-yMxNyO2正极材料容量衰减原因'> 1.4.2 锂离子电池LiNi1-x-yMxNyO2正极材料容量衰减原因
1-x-yMxNyO2正极材料改性'> 1.4.3 锂离子电池LiNi1-x-yMxNyO2正极材料改性
1.5 本论文研究内容和意义
1.5.1 目前NCA材料存在的问题
1.5.2 本文的主要研究内容
第2章 实验原料、器材以及表征方法
2.1 材料的制备
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器设备
2.1.3 合成方法
2.2 材料的表征
2.2.1 差热-热重分析（TG）
2.2.2 X射线粉末衍射分析（XRD）
2.2.3 扫描电镜分析（SEM）
2.3 材料的电化学性能测试
2.3.1 组装电池
2.3.2 充放电性能测试
2.3.3 循环伏安测试
2.3.4 电化学阻抗测试
0.8Co0.15Al0.05O2的研究'>第3章 喷雾干燥法制备正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 镍钴铝正极材料前驱体的制备
3.2.2 镍钴铝正极材料的制备
3.3 镍钴铝正极材料前驱体的表征
3.4 喷雾干燥法合成NCA正极材料工艺研究
3.4.1 锂摩尔配比Li/（Ni+Co+Al）对材料电化学性能的影响
3.4.2 不同Ni、Co、Al摩尔配比对材料电化学性能的影响
3.4.3 预烧温度对NCA电化学性能的影响
3.4.4 预烧时间对NCA电化学性能的影响
3.4.5 高温煅烧对NCA电化学性能的影响
3.4.6 不同高温煅烧时间对NCA性能的影响
3.4.7 镍钴铝正极材料的循环伏安分析
3.5 小结
第4章 喷雾干燥法合成NCA材料掺杂改性的研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 LPAN复合改性NCA正极材料的制备
4.2.2 LPAN复合量对NCA正极材料结构与电化学性能影响
4.2.3 LPAN复合NCA正极材料的温度研究
4.3 本章小结
第5章 结论与展望
参考文献
致谢
【参考文献】
本文编号：2850122
【学位单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池简介
1.3 锂离子正极材料
2正极材料'> 1.3.1 LiCoO2正极材料
2正极材料'> 1.3.2 LiNiO2正极材料
4正极材料'> 1.3.3 LiFePO4正极材料
2O4正极材料'> 1.3.4 LiMn2O4正极材料
1-x-yMxNyO2正极材料的制备与改性研究'> 1.4 锂离子电池LiNi1-x-yMxNyO2正极材料的制备与改性研究
1-x-yMxNyO2正极材料的制备方法'> 1.4.1 锂离子电池LiNi1-x-yMxNyO2正极材料的制备方法
1-x-yMxNyO2正极材料容量衰减原因'> 1.4.2 锂离子电池LiNi1-x-yMxNyO2正极材料容量衰减原因
1-x-yMxNyO2正极材料改性'> 1.4.3 锂离子电池LiNi1-x-yMxNyO2正极材料改性
1.5 本论文研究内容和意义
1.5.1 目前NCA材料存在的问题
1.5.2 本文的主要研究内容
第2章 实验原料、器材以及表征方法
2.1 材料的制备
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器设备
2.1.3 合成方法
2.2 材料的表征
2.2.1 差热-热重分析（TG）
2.2.2 X射线粉末衍射分析（XRD）
2.2.3 扫描电镜分析（SEM）
2.3 材料的电化学性能测试
2.3.1 组装电池
2.3.2 充放电性能测试
2.3.3 循环伏安测试
2.3.4 电化学阻抗测试
0.8Co0.15Al0.05O2的研究'>第3章 喷雾干燥法制备正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 镍钴铝正极材料前驱体的制备
3.2.2 镍钴铝正极材料的制备
3.3 镍钴铝正极材料前驱体的表征
3.4 喷雾干燥法合成NCA正极材料工艺研究
3.4.1 锂摩尔配比Li/（Ni+Co+Al）对材料电化学性能的影响
3.4.2 不同Ni、Co、Al摩尔配比对材料电化学性能的影响
3.4.3 预烧温度对NCA电化学性能的影响
3.4.4 预烧时间对NCA电化学性能的影响
3.4.5 高温煅烧对NCA电化学性能的影响
3.4.6 不同高温煅烧时间对NCA性能的影响
3.4.7 镍钴铝正极材料的循环伏安分析
3.5 小结
第4章 喷雾干燥法合成NCA材料掺杂改性的研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 LPAN复合改性NCA正极材料的制备
4.2.2 LPAN复合量对NCA正极材料结构与电化学性能影响
4.2.3 LPAN复合NCA正极材料的温度研究
4.3 本章小结
第5章 结论与展望
参考文献
致谢
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 李想;谢正伟;吴锐;瞿美臻;;镍钴铝酸锂高镍系正极材料的研究进展[J];电池;2015年01期
本文编号：2850122
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2850122.html
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