锂离子电池高压正极材料镍锰酸锂的制备与改性研究

发布时间：2017-07-07 14:13

  本文关键词：锂离子电池高压正极材料镍锰酸锂的制备与改性研究

  更多相关文章： 锂离子电池 LiNi0.5Mn1.5O4 降温速率 表面包覆 元素掺杂

【摘要】：具有尖晶石结构的锂离子电池正极材料Li Ni0.5Mn1.5O4具有放电容量大、工作电压高和能量密度高等优点,适用于锂离子动力电池。但是由于高电压工作的特性,该材料的循环稳定性有待进一步提高。本文研究了不同烧结工艺条件、表面包覆和阴阳离子掺杂对Li Ni0.5Mn1.5O4材料的形貌和电化学循环稳定性的影响。本论文首先研究了烧结工艺对材料的影响。此外,降温速率也对材料的性能有影响,随着降温速率的减慢,材料中Mn3+的含量逐渐减小,循环稳定性逐渐变差。通过对循环后的材料和电解液中的Mn、Ni金属含量进行分析,结果发现,随着材料中Mn3+的含量的减少,电解液中溶解的Mn、Ni的摩尔比例增大,材料中的Mn、Ni的含量也减少,电池循环性能下降。说明在一定范围内,Mn3+含量越少,越不利于材料的循环性能。为了提升材料在高电压下的循环稳定性,主要采取了在材料表面包覆Zn O的方式来抑制Li Ni0.5Mn1.5O4与电解液界面的副反应。采用固相法在Li Ni0.5Mn1.5O4表面包覆一层Zn O后,分别对包覆前后材料在不同温度下(室温、40°C和55°C)下进行了循环性能的研究,容量保持率分别由84.39%提高到86.41%,84.38%提高到86.50%,73.28%提高到87.58%。最后,研究了阳离子Cr掺杂和阴离子F掺杂对材料电化学性能的影响。当对Li Ni0.5Mn1.5O4材料掺杂Cr元素时,材料的循环稳定性有了很大的提高,在室温0.5C下,Li Ni0.4Cr0.15Mn1.45O4材料循环116次后容量保持率高达100%,在1C循环200次后容量保持率为99.1%。当在镍锰酸锂材料中掺杂F元素且掺杂量较少时,材料的循环稳定性得到了提高。Li Ni0.5Mn1.5O3.975F0.05材料在55°C下0.5C循环50次后容量保持率为94.23%。而当F的掺杂量过多时Li Ni0.5Mn1.5O3.95F0.1的循环性能较差,55°C条件下0.5C循环50次后容量保持率仅为54.2%。通过以上的研究得出结论,通过烧结工艺控制材料中的Mn3+含量、表面包覆Zn O、适当的掺杂Cr或者F元素可以有效地提高Li Ni0.5Mn1.5O4材料的循环稳定性。
【关键词】：锂离子电池 LiNi0.5Mn1.5O4 降温速率 表面包覆 元素掺杂
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 引言8
• 1.2 研究内容概况8-10
• 1.2.1 负极材料研究进展8-9
• 1.2.2 正极材料的研究进展9-10
• 1.3 相关领域国内外研究现状10-20
• 1.3.1 镍锰酸锂的晶体结构、表征以及电化学性能10-15
• 1.3.2 镍锰酸锂的合成15-16
• 1.3.3 镍锰酸锂的掺杂研究16-19
• 1.3.4 镍锰酸锂的包覆研究19-20
• 1.4 本文的研究目的与内容20-21
• 第二章 实验材料与研究方法21-26
• 2.1 实验药品与器材21-22
• 2.1.1 实验药品21
• 2.1.2 实验仪器21-22
• 2.2 材料的制备22-23
• 2.2.1 烧结工艺研究的材料的制备22
• 2.2.2 表面包覆Zn O的材料的制备22-23
• 2.2.3 阴离子氟掺杂的材料的制备23
• 2.2.4 阳离子铬掺杂的材料的制备23
• 2.3 材料的表征与测试23-24
• 2.3.1 X射线粉末衍射仪23
• 2.3.2 扫描电子显微镜23
• 2.3.3 透射电子显微镜23-24
• 2.3.4 傅利叶变换红外光谱测试24
• 2.3.5 四探针24
• 2.3.6 电感耦合等离子光谱24
• 2.4 扣式电池的组装24-25
• 2.5 电化学性能测试25-26
• 2.5.1 充放电测试25
• 2.5.2 循环伏安测试和阻抗测试25
• 2.5.3 恒电位间歇滴定法25-26
• 第三章 高压正极材料镍锰酸锂制备26-43
• 3.1 烧结温度对镍锰酸锂材料的影响26-29
• 3.1.1 烧结温度对镍锰酸锂材料形貌的影响26-27
• 3.1.2 烧结温度对镍锰酸锂材料电化学性能的影响27-29
• 3.2 降温速率对镍锰酸锂材料的影响29-41
• 3.2.1 降温速率对镍锰酸锂材料的形貌的影响29-31
• 3.2.2 降温速率对镍锰酸锂材料的电化学性能的影响31-38
• 3.2.3 不同降温速率对材料电化学性能影响的机理研究38-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 高压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的改性以及掺杂研究43-66
• 4.1 Zn O包覆对材料性能的影响43-49
• 4.1.1 氧化锌包覆的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的表征43-45
• 4.1.2 氧化锌包覆的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的电化学性能研究45-49
• 4.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的阳离子Cr掺杂的研究49-57
• 4.2.1 阳离子Cr掺杂的材料的表征50-52
• 4.2.2 阳离子Cr掺杂的材料的电化学性能52-57
• 4.3 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的阴离子F掺杂的研究57-64
• 4.3.1 阴离子F掺杂的材料形貌的表征57-59
• 4.3.2 阴离子F掺杂的材料的电化学性能59-64
• 4.4 本章小结64-66
• 结论66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果72-74
• 致谢74

【参考文献】

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1 孙强;李新海;王志兴;季勇;;Synthesis and electrochemical performance of 5V spinel LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 prepared by solid-state reaction[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2009年01期

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本文编号：530525