富锂无序岩盐结构正极材料Li-Ni-Ti-O的制备及其改性研究
发布时间：2022-01-25 15:01
本文以富锂无序岩盐结构正极材料为研究对象,系统研究了合成工艺对材料结构、形貌及电化学性能的影响,并研究了其在不同电压范围内的电化学行为及Li+的扩散行为。针对材料循环容量衰减快和倍率性能差等问题,本文采用掺杂改性的方法以改善其电化学性能。主要研究内容与结果如下:采用溶胶凝胶法制备了纳米级的富锂无序正极材料LiNi0.5Ti0.5O2。探讨了烧结温度,分散剂用量和球磨制度与材料结构、形貌及电化学性能的关系。研究表明,当乙二醇与金属阳离子的摩尔比为1.4:1,烧结前经干磨处理,600℃烧结得到的LiNi0.5Ti0.5O2具有最优的电化学性能。在20 mA g-1的电流密度下,其首次放电比容量为93.2 mAh g-1,55次循环后,容量保持率为69.7%。采用溶胶凝胶法制备了纳米级的富锂无序岩盐结构正极材料Li1+x/3Ni1/2-x/2Ti
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理图
（4）高倍率性能：可以进行大电流放电，能满足汽车需求；（5）工作温度范围广：可在-25-45 ℃区间内工作；（6）无记忆效应，无环境污染。当然，锂离子电池也存在一些缺点，如生产成本较高、高温下安全性不足等。1.3 锂离子电池正极材料锂离子电池属于二次电池，正负极为能可逆的嵌入与脱出锂离子的化合物。锂离子电池一般由正极、负极、隔膜、电解质和集流体等构成。正极化合物主要有 LiCoO2、LiNiO2、Li[NiCoMn]O2、LiMn2O4以及 LiFePO4等，负极主要有碳材料、金属氧化物、硅和多元锂合金等。电解质通常为溶解有锂盐的有机溶剂，主要包括乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯。正极材料是锂离子电池中极其关键的一部分，是锂离子电池高能量密度的决定性因素。目前正极材料主要包括层状、尖晶石型和橄榄石型三大类，图 1.2 所示为三者晶体结构示意图。
图 1.3 岩盐结构类的氧化物 Li-TM 中锂离子 o-t-o 跃迁模式[51]Fig. 1.3 Environments for an o-t-o Li hop in rocksalt-like Li-TM oxides此后，Ceder 课题组相继开发设计了多种新型富锂无序岩盐正极材料，并采用密度泛 函理论对 各类材料 做了大量 计算工作 。 这些材 料主要包括LixNi2 4x/3Sbx/3O2(x = 1.00-1.15)[52]，Li1+x/100Ni1/2-x/120Ti1/2-x/120Mox/150O2(x = 0，5，10，15，20)[53]和 Li1.25Nb0.25Mn0.5O2[54]。上述材料的电化学性能与渗逾网络理论一致，随着富锂程度的提升，放电比容量增加。其中 Li1.2Ni1/3Ti1/3Mo2/15O2的首次放电容量可达 250 mAh g-1，能量密度高达 750 Wh Kg-1。同时，其它各国科学工作者也对无序岩盐结构正极材料作了相关报道，进一步证实了渗逾网络理论。加拿大 J. R. Dahn[55]课题组报道了无序正极材料 Li(1+x)Ti2xFe(1 3x)O2(0≤x≤ 0.333)，并利用 ICP、SEM、XRD 和 XAS 等表征手段来量化阳离子无序的程度和预测材料的电化学性能，结果与渗逾网络理论一致。研究发现 Li1.13Ti0.26Fe0.61O2的放电比容量超过 Fe3+/4+是由于 O2-/1-，证实了正极材料中氧会参与反应及研究了其反应[53-54,56][57]
【参考文献】：
期刊论文
[1]富锂正极材料xLi3NbO4·（1-x）LiMO2（M=Mn,Co;0<x<1）的制备及电化学性能研究[J]. 杨春,龚正良,赵文高,杨勇. 化学学报. 2017(02)
本文编号：3608746
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理图
（4）高倍率性能：可以进行大电流放电，能满足汽车需求；（5）工作温度范围广：可在-25-45 ℃区间内工作；（6）无记忆效应，无环境污染。当然，锂离子电池也存在一些缺点，如生产成本较高、高温下安全性不足等。1.3 锂离子电池正极材料锂离子电池属于二次电池，正负极为能可逆的嵌入与脱出锂离子的化合物。锂离子电池一般由正极、负极、隔膜、电解质和集流体等构成。正极化合物主要有 LiCoO2、LiNiO2、Li[NiCoMn]O2、LiMn2O4以及 LiFePO4等，负极主要有碳材料、金属氧化物、硅和多元锂合金等。电解质通常为溶解有锂盐的有机溶剂，主要包括乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯。正极材料是锂离子电池中极其关键的一部分，是锂离子电池高能量密度的决定性因素。目前正极材料主要包括层状、尖晶石型和橄榄石型三大类，图 1.2 所示为三者晶体结构示意图。
图 1.3 岩盐结构类的氧化物 Li-TM 中锂离子 o-t-o 跃迁模式[51]Fig. 1.3 Environments for an o-t-o Li hop in rocksalt-like Li-TM oxides此后，Ceder 课题组相继开发设计了多种新型富锂无序岩盐正极材料，并采用密度泛 函理论对 各类材料 做了大量 计算工作 。 这些材 料主要包括LixNi2 4x/3Sbx/3O2(x = 1.00-1.15)[52]，Li1+x/100Ni1/2-x/120Ti1/2-x/120Mox/150O2(x = 0，5，10，15，20)[53]和 Li1.25Nb0.25Mn0.5O2[54]。上述材料的电化学性能与渗逾网络理论一致，随着富锂程度的提升，放电比容量增加。其中 Li1.2Ni1/3Ti1/3Mo2/15O2的首次放电容量可达 250 mAh g-1，能量密度高达 750 Wh Kg-1。同时，其它各国科学工作者也对无序岩盐结构正极材料作了相关报道，进一步证实了渗逾网络理论。加拿大 J. R. Dahn[55]课题组报道了无序正极材料 Li(1+x)Ti2xFe(1 3x)O2(0≤x≤ 0.333)，并利用 ICP、SEM、XRD 和 XAS 等表征手段来量化阳离子无序的程度和预测材料的电化学性能，结果与渗逾网络理论一致。研究发现 Li1.13Ti0.26Fe0.61O2的放电比容量超过 Fe3+/4+是由于 O2-/1-，证实了正极材料中氧会参与反应及研究了其反应[53-54,56][57]
【参考文献】：
期刊论文
[1]富锂正极材料xLi3NbO4·（1-x）LiMO2（M=Mn,Co;0<x<1）的制备及电化学性能研究[J]. 杨春,龚正良,赵文高,杨勇. 化学学报. 2017(02)
本文编号：3608746
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