富锂锰基层状正极材料的改性及电化学研究

发布时间：2020-10-27 06:57

　　 富锂锰基层状正极材料是近年来的一种热点材料。它能量密度高,比容量大,造价便宜,但同样有不足之处。它的首次充放电效率不高,倍率、循环性能较差,充电电压高,和目前常用的电解液匹配度低,使得它目前还处在研究阶段,要实现大规模的商业化还比较困难。表面包覆和掺杂是改性它的主要手段,通过对其进行表面包覆,可以避免材料直接和电解液反应,使材料更适应电解液。通过将其他金属元素掺入材料,可以改善其晶体结构,增强材料稳定性,使得倍率性能和首次效率得到有效提高。本研究通过包覆、表面预处理,过渡金属掺杂等手段,改善其电化学性能。使用Li_3VO_4对材料进行湿法包覆,获得若干组包覆量不同的样品。通过表征和电化学性能检测,结果表明:包覆物对样品的电化学性能改善明显,包括初始放电容量,库伦效率,循环性能和倍率能力。其中3%wt包覆量的样品的综合性能最好,首次放电比容量为243.2mAh/g,库伦效率70.9%;在1C下循坏50次后,容量保持率最高,为87.2%。但该包覆对锂离子传递距离和传递速率有直接影响,包覆过多会导致电荷转移电阻增大。使用还原糖对材料进行表面预处理,获得若干组改性时间不同的样品。通过表征和电化学性能测试,结果表明:还原糖对样品的电化学性能改善明显,包括初始放电容量,库伦效率,循环性能和倍率能力。其中5小时改性时长的样品的综合性能最好,锂离子扩散系数最高,首次放电比容量为262.4mAh/g,库伦效率80.7%;在1C下循坏50次后,容量保持率高达97.2%。采用金驰能源材料有限公司提供的同一批次的4种富锂前驱体,在设定的不同温度下烧结得到实验所需的富锂正极材料。通过表征和电化学性能测试,结果表明:钒掺杂对Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_2样品的电化学性能改善明显,包括初始放电容量,库伦效率,和循环性能。在910℃烧结条件下,样品的电化学性能最优,首次放电比容量为78.6mAh/g,库伦效率70.3%;在1C下循坏50次后,容量保持率为71.8%。Li_(1.2)(Ni_(0.2)Mn_(0.6))O_2样品在920℃烧结条件下,电化学性能最佳,首次放电比容量为153.6mAh/g,库伦效率72.8%,但由钒掺杂后的前驱体,在相同温度下进行烧结,得到的正极材料出现了杂质峰,说明少量V掺杂影响了材料的晶型,破坏了材料结构,使材料电化学性能大幅下降。
【学位单位】：长沙矿冶研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 文献综述
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池的发展与工作原理
    1.3 锂离子电池正极材料
2MnO₃·（1-x）LiMO₂（M=Ni、CO、Mn）'>    1.4 富锂锰基正极材料 x Li₂MnO₃·（1-x）LiMO₂（M=Ni、CO、Mn）
    1.5 富锂锰基材料的市场化与前景
    1.6 研究内容与意义
第二章 实验原料、仪器及材料表征
    2.1 实验原料和仪器
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料的表征手段
        2.2.1 X射线衍射（XRD）
        2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）
        2.2.3 热重-差热分析
    2.3 材料的电化学性能测试
        2.3.1 电池组装及电化学性能测试
        2.3.2 电化学阻抗测试
第三章 富锂层状材料的包覆及电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验方法
    3.3 结果与讨论
    3.4 本章小结
第四章 富锂层状材料的还原糖改性及电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验方法
    4.3 结果与讨论
    4.4 章节小结
第五章 富锂层状材料V掺杂改性实验及烧结温度探究
    5.1 引言
    5.2 实验方法
    5.3 结果与讨论
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的主要研究成果
致谢

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本文编号：2858217