锂离子电池正极材料镍锰酸锂的可控制备及其电化学性能
发布时间：2022-01-26 08:39
LiNi0.5Mn1.5O4材料由于具有高工作电压、高能量密度等优点,是一种极具潜力的锂离子电池正极材料。然而LiNi0.5Mn1.5O4材料存在循环稳定性和倍率性能较差的问题,限制了该材料的商业化应用。为了改善LiNi0.5Mn1.5O4材料的循环性能和大倍率性能,本文通过水热-高温烧结的方法制备了球-棒状混合形貌LiNi0.5Mn1.5O4材料,并对其进行了包覆、掺杂改性研究,以提高材料的大倍率性能,满足高功率密度锂离子电池的需要。本文通过水热-高温烧结法制备了球-棒状混合形貌LiNi0.5Mn1.5O4材料,采用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜等分析测试方法表征了材料的物相结构和微观形貌,并测试了不同制备条件下材料的电化学性能。结果显示:以碱式碳酸镍为镍源,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理图
图 1-2 LNMO 材料的晶体构型图[60]0.5Mn1.5O4材料两种不同的晶体构型主要受合成条件的影响，和烧结时的气氛等影响较为严重。当烧结温度较低时（≤650有序的 P4332 空间群结构的 LNMO 材料，在较高烧结温度时，烧结过程中会出现氧缺失，导致材料从有序的 P4332 空间空间群转变，同时 LNMO 材料中部分 Mn4+转变为 Mn3+，还伴-xO 等杂质相的生成[61]。两种空间群之间的转变是可逆的，一退火处理来消除 Mn3+，弥补氧缺陷，实现从 Fd3m 空间群向变[62]。这两种空间群结构的最简单的方法是 XRD，不同空间群的谱衍射峰存在些许差异，如图 1-3 所示。Fd3m 空间群结构θ=37°、43°以及 64°处有比较弱的杂相峰出现，如图中星形标出现是由于高温烧结时 Mn4+趋向于还原成 Mn3+，导致 Ni 在中的溶解度减小，从而产生了 LixNi1-xO 岩盐结构杂质相[61]。糙，有时并不能很准确的判断 LNMO 材料的晶体构型。
图 3-1 以碱式碳酸镍为镍源的 LNMO 正极材料的制备过程2.2 烧结温度的影响通过查阅相关文献，发现高温烧结温度对材料的晶型、晶粒尺寸、空间、颗粒均一性有一定的影响。因此研究制备过程中不同烧结温度的影响非要。在课题组前期实验基础上，本节研究了 700°C、750°C、800°C、85同温度对材料的结构、形貌及电化学性能的影响。通过扫描电子显微镜（SE X 射线衍射仪（XRD）等分析技术分别测试材料的结构、微观形貌，并以备的 LNMO 材料作为正极，组装电池，测试了不同倍率下的充放电性能2.2.1 烧结温度对 LNMO 材料物相结构的影响图 3-2 为不同温度下制备的 LNMO 材料的 XRD 图。由图 3-2 可知，不结温度下制备的材料的特征衍射峰均与 LiNi0.5Mn1.5O4材料的标准卡F#80-2162 相对应，表明成功制备出了 LNMO 正极材料。经过仔细对比，在 700°C ~800°C 范围内在 2θ=37.5°、43°、64°位置，有微弱的杂质峰出现0°C 和 800°C 时材料的 XRD 图谱杂质峰高一些，如图 2-1 星标处所示，分
【参考文献】：
期刊论文
[1]Research Progress in Improving the Cycling Stability of High-Voltage LiNi0.5Mn1.5O4 Cathode in Lithium-Ion Battery[J]. XiaoLong Xu,SiXu Deng,Hao Wang,JingBing Liu,Hui Yan. Nano-Micro Letters. 2017(02)
[2]Synthesis and electrochemical performances of high-voltage LiNi0.5Mn1.5O4 cathode materials prepared by hydroxide co-precipitation method[J]. Shuang Li,Yue Yang,Ming Xie,Qin Zhang. Rare Metals. 2017(04)
[3]四大类锂离子电池正极材料进展[J]. 瞿波,张冰,郑胜男,施志聪,吴启辉. 电源技术. 2016(07)
[4]甲壳素、壳聚糖及其衍生物的应用[J]. 王小红,马建标,何炳林. 功能高分子学报. 1999(02)
博士论文
[1]锂离子电池用钛酸锂负极材料及5V镍锰酸锂正极材料的合成与改性研究[D]. 张新龙.中南大学 2012
[2]锂离子电池正极材料的制备及其性能研究[D]. 刘全兵.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]高性能石墨烯/LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备及电化学性能研究[D]. 郝晶敏.哈尔滨工业大学 2017
[2]锂离子电池正极材料镍锰酸锂的制备及电化学性能研究[D]. 刘树林.合肥工业大学 2016
[3]锂离子电池高压正极材料镍锰酸锂的制备与改性研究[D]. 邸安頔.哈尔滨工业大学 2015
[4]层状三元材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的烧结工艺及其Al离子掺杂改性研究[D]. 夏云飞.哈尔滨工业大学 2015
[5]锂离子电池高电压正极材料镍猛酸锂的合成与改性研究[D]. 白钢印.昆明理工大学 2015
[6]锂离子电池三元正极材料的制备与研究[D]. 肖冠.华南理工大学 2014
[7]高电压尖晶石型镍锰酸锂微纳米材料的合成、表征及电化学性能研究[D]. 朱晓波.中国科学技术大学 2014
本文编号：3610184
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理图
图 1-2 LNMO 材料的晶体构型图[60]0.5Mn1.5O4材料两种不同的晶体构型主要受合成条件的影响，和烧结时的气氛等影响较为严重。当烧结温度较低时（≤650有序的 P4332 空间群结构的 LNMO 材料，在较高烧结温度时，烧结过程中会出现氧缺失，导致材料从有序的 P4332 空间空间群转变，同时 LNMO 材料中部分 Mn4+转变为 Mn3+，还伴-xO 等杂质相的生成[61]。两种空间群之间的转变是可逆的，一退火处理来消除 Mn3+，弥补氧缺陷，实现从 Fd3m 空间群向变[62]。这两种空间群结构的最简单的方法是 XRD，不同空间群的谱衍射峰存在些许差异，如图 1-3 所示。Fd3m 空间群结构θ=37°、43°以及 64°处有比较弱的杂相峰出现，如图中星形标出现是由于高温烧结时 Mn4+趋向于还原成 Mn3+，导致 Ni 在中的溶解度减小，从而产生了 LixNi1-xO 岩盐结构杂质相[61]。糙，有时并不能很准确的判断 LNMO 材料的晶体构型。
图 3-1 以碱式碳酸镍为镍源的 LNMO 正极材料的制备过程2.2 烧结温度的影响通过查阅相关文献，发现高温烧结温度对材料的晶型、晶粒尺寸、空间、颗粒均一性有一定的影响。因此研究制备过程中不同烧结温度的影响非要。在课题组前期实验基础上，本节研究了 700°C、750°C、800°C、85同温度对材料的结构、形貌及电化学性能的影响。通过扫描电子显微镜（SE X 射线衍射仪（XRD）等分析技术分别测试材料的结构、微观形貌，并以备的 LNMO 材料作为正极，组装电池，测试了不同倍率下的充放电性能2.2.1 烧结温度对 LNMO 材料物相结构的影响图 3-2 为不同温度下制备的 LNMO 材料的 XRD 图。由图 3-2 可知，不结温度下制备的材料的特征衍射峰均与 LiNi0.5Mn1.5O4材料的标准卡F#80-2162 相对应，表明成功制备出了 LNMO 正极材料。经过仔细对比，在 700°C ~800°C 范围内在 2θ=37.5°、43°、64°位置，有微弱的杂质峰出现0°C 和 800°C 时材料的 XRD 图谱杂质峰高一些，如图 2-1 星标处所示，分
【参考文献】：
期刊论文
[1]Research Progress in Improving the Cycling Stability of High-Voltage LiNi0.5Mn1.5O4 Cathode in Lithium-Ion Battery[J]. XiaoLong Xu,SiXu Deng,Hao Wang,JingBing Liu,Hui Yan. Nano-Micro Letters. 2017(02)
[2]Synthesis and electrochemical performances of high-voltage LiNi0.5Mn1.5O4 cathode materials prepared by hydroxide co-precipitation method[J]. Shuang Li,Yue Yang,Ming Xie,Qin Zhang. Rare Metals. 2017(04)
[3]四大类锂离子电池正极材料进展[J]. 瞿波,张冰,郑胜男,施志聪,吴启辉. 电源技术. 2016(07)
[4]甲壳素、壳聚糖及其衍生物的应用[J]. 王小红,马建标,何炳林. 功能高分子学报. 1999(02)
博士论文
[1]锂离子电池用钛酸锂负极材料及5V镍锰酸锂正极材料的合成与改性研究[D]. 张新龙.中南大学 2012
[2]锂离子电池正极材料的制备及其性能研究[D]. 刘全兵.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]高性能石墨烯/LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备及电化学性能研究[D]. 郝晶敏.哈尔滨工业大学 2017
[2]锂离子电池正极材料镍锰酸锂的制备及电化学性能研究[D]. 刘树林.合肥工业大学 2016
[3]锂离子电池高压正极材料镍锰酸锂的制备与改性研究[D]. 邸安頔.哈尔滨工业大学 2015
[4]层状三元材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2的烧结工艺及其Al离子掺杂改性研究[D]. 夏云飞.哈尔滨工业大学 2015
[5]锂离子电池高电压正极材料镍猛酸锂的合成与改性研究[D]. 白钢印.昆明理工大学 2015
[6]锂离子电池三元正极材料的制备与研究[D]. 肖冠.华南理工大学 2014
[7]高电压尖晶石型镍锰酸锂微纳米材料的合成、表征及电化学性能研究[D]. 朱晓波.中国科学技术大学 2014
本文编号：3610184
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