镍钴铝正极材料的合成及改性研究

发布时间：2020-11-18 19:17

　　 Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2三元正极材料因为具有较高的放电比容量,循环稳定性好以及有较好的热稳定性等优点,被认为是可以取代LiCoO_2的新型的正极材料,但是仍然存阳离子混排的现象使得在循环过程中容量的损失,循环性能的下降。本文利用高温固相合成法合成了Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2、Li_(0.95)Na_(0.1)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2、Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2(LiF)_(0.05),研究了煅烧温度、掺杂、表面修饰等对该材料的结构、微观形貌和电化学性能方面的影响。利用高温固相合成法将LiOH·H_2O作为锂源,以Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)(OH)_2(由山东齐星新材料科技有限公司提供)作为前驱体,在700℃合成Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2具有最好的层状结构、形貌,最好的阳离子有序度以及最优异的电化学性能。在3-4.5V电压范围内循环时,第一次放电容量最高为159.7mAh/g,100次循环后放电容量为87 mAh/g,此时放电容量保持率为54.5%。采用机械球磨法对700℃合成的Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2掺杂La、Ti、Cr、Zr,其中Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03):X为1:003(摩尔比),研究发现,掺杂后的材料放电比容量和循环稳定性都有所提升,其中掺Ti的样品拥有最优的电化学性能,在3-4.5V电压范围内循环时,第一次放电容量为192.7mAh/g,100次循环后放电容量为174.7 mAh/g,容量保持率为90.7%。采用机械球磨法对700℃合成的Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2进行表面包覆,包覆物质主要为金属氧化物X(包覆X物质分别为Al_2O_3、TiO_2、MgO、ZnO、CeO_2、ZrO_2、Y_2O_3、Nb_2O_5)。经过包覆的材料,表面观察到一层保护膜,能够抑制电解液与正极材料的反应。包覆后的材料首圈容量和循环稳定性都有提高,其中包覆CeO_2的效果最好,包覆CeO_2的材料在3-4.5V电压范围内循环时,第一圈的放电容量为185.9mAh/g,经过100次循环后放电容量为157.1mAh/g,容量保持率为84.5%。但是,与掺杂后的材料比较,掺杂的效果要优于包覆。利用高温固相合成法,增加锂源LiF后合成Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2(LiF)_(0.05),温度为700℃下以LiF、LiOH为锂源合成的Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2(LiF)_(0.05)循环性能最好,在3-4.5V电压范围内循环时,第一圈循环放电容量最高为197.7mAh/g,100此循环后放电容量为110 mAh/g,100圈后放电容量保持率为55.6%。对Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2(LiF)_(0.05)进行过渡金属元素掺杂,掺杂La、Ti、Cr、Zr,其中Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03):X为1:003(摩尔比),结果表明,适当的掺杂提升了材料的循环稳定性,其中掺Zr的材料拥有最好的循环稳定性,3-4.5V电压范围内循环时,首圈放电容量最高为197.2mAh/g,100圈后放电容量为169.5mAh/g,100圈后放电容量保持率为86%。采用机械球磨法对700℃合成的Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2(LiF)_(0.05)进行表面包覆,包覆物质主要为金属氧化物X(包覆X物质分别为Al_2O_3、TiO_2、MgO、ZnO、CeO_2、ZrO_2、Y_2O_3、Nb_2O_5),结果表明包覆后的Li_(1.05)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2(LiF)_(0.05)材料,首次放电容量略有降低,循环稳定性也没有得到明显提升。利用高温固相合成法,合成少量Na取代Li的Li_(0.95)Na_(0.1)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2正极材料,探究最佳合成温度。结果表明,合成温度为800℃时Li_(0.95)Na_(0.1)Ni_(0.85)Co_(0.15)Al_(0.03)O_2展现最好的电化学性能,在3-4.5V电压范围内循环时,首次放电容量为191mAh/g,100次循环过后放电容量最高为113.7 mAh/g,100圈后放电容量保持率为60.0%。
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

4图 1-1 碳酸根与氢氧根为前驱体制备的 Li(Ni0.8Co0.16Al0.04)O2的首次充放电曲线和循环曲线ig1-1.Charge/Discharge curves of: (a) NCA-CO3; and (b) NCA-OH at various curredensities; and (c) cycle life performance..2.2溶 凝 法溶胶凝胶法是将金属无机盐或金属醇盐形成溶胶然后形成凝胶 ，然后利燥热处理和煅烧的方法获得所需材料。

6图 1-2 包覆 Li2O-ZrO2(LZO) 前后的循环曲线和阻抗曲线图1-2 Cycle performance and impedance of Li2O-ZrO2coated LiNi0.8Co0.15Al0.05O高 固相合成法高温固相合成法是合成锂离子电池正极材料比较传统简单方法，将锂镍钴铝

83 不同锂含量、氧气含量、合成温度的 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的首次充放电曲线图g. 1-3 chargr-discharge curves of different molars of Li to NCA and differentoxygen pressures and different temperatures
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 宋玉谨,朱松然,黄河源,代克兴;利用微机快速测量MnO_2放电容量[J];电池;1988年05期

2 麦立强,陈文,徐庆,谢永贤;合成条件对放电容量的影响改进遗传算法建模[J];武汉理工大学学报;2002年11期

3 王尔贤;原电池放电容量检测设备的技术要求和功能[J];电池工业;1996年06期

4 高农;锂离子电池正极材料Co~(3+)掺杂LiNiO_2的制备及其放电容量[J];黑龙江工程学院学报;2003年02期

5 汤小辉;李国希;高桂红;胡金丰;梁国标;;锂离子电池正极材料LiCoO_2-LiFePO_4的性能[J];中国有色金属学报;2012年01期

6 杨幼平,张平民,贾小卫,桑商斌,唐有根,刘开宇;稀土组成对贮氢合金放电性能影响的预测[J];电源技术;2004年03期

7 尹健文;干电池低阻放电容量测试问题探讨[J];电子标准化与质量;2000年03期

8 孙海峰;蒋文全;;铝取代微/纳米结构氢氧化镍的制备及电化学性能[J];电池工业;2017年03期

9 李榜全,杨成全,董丽娟;Ti_xZr_yNi_z合金放电容量模式识别与人工神经网络的研究[J];雁北师范学院学报;2005年02期

10 ;电池产品主要质量问题是——放电容量不达标 标识标注不规范[J];监督与选择;2003年10期

相关博士学位论文 前10条

1 徐国祥;大容量聚合物电极材料在二次锂电池中的应用研究[D];天津大学;2004年

2 唐朝辉;层状富锂锰基锂离子电池正极材料研究[D];中南大学;2014年

3 陈玲;硼酸盐和磷酸盐系锂离子电池正极材料的合成与性能研究[D];华南理工大学;2011年

4 胡成林;锂离子电池磷酸盐正极材料的制备、表征及性能研究[D];昆明理工大学;2011年

5 李明娟;锂离子电池正极材料橄榄石型磷酸亚铁锂及尖晶石型高电位镍锰酸锂的制备及性能研究[D];东北师范大学;2013年

6 杜红梅;钴镍基材料在碱性溶液中的储能性能研究[D];南开大学;2013年

7 赵世强;过渡金属碳酸盐的微纳结构设计及高储锂性能研究[D];山东大学;2017年

8 朱姜涛;锂离子电池正极材料硅酸锰锂的制备及其改性研究[D];天津大学;2016年

9 王庆红;Co-S材料在碱性溶液中的储能性能研究[D];南开大学;2012年

10 王旗;石墨烯基纳米复合材料的制备及锂电性能研究[D];东北大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 蔡陈楠;镍钴铝正极材料的合成及改性研究[D];苏州大学;2018年

2 胡金艳;Calix[4]quinone/CMK-3正极材料的制备及其锂/钠离子电池性能的研究[D];燕山大学;2017年

3 李强;喷雾—热化学反应法制备碳包覆与掺杂二元镍锰锂离子电池正极材料[D];深圳大学;2017年

4 甘晖;LiFePO_4/C的合成、表征及电化学性能研究[D];福建师范大学;2003年

5 曾敏;富锂锰基材料锂离子动力电池的常温电化学性能与安全性能研究[D];江西理工大学;2013年

6 翟静;锂离子电池正极材料Li_3V_2（PO_4）_3的改性研究[D];燕山大学;2011年

7 邓年进;锂离子电池LiFePO_4正极材料制备工艺与改性的研究[D];广西大学;2015年

8 黄朋飞;富锂层状正极材料的制备及其改性研究[D];安徽工业大学;2017年

9 胡悦丽;锂离子电池低温性能影响因素的分析与研究[D];湖南大学;2013年

10 陈兵;节钴型稀土基贮氢合金的研究[D];四川大学;2001年

本文编号：2889098