Co-Ni-Mn锂离子电池正极材料的制备及包覆、掺杂改性研究

发布时间：2017-08-09 14:28

  本文关键词：Co-Ni-Mn锂离子电池正极材料的制备及包覆、掺杂改性研究

  更多相关文章： 三元正极材料 液相共沉淀法 锂离子电池 包覆改性 充放电

【摘要】：Co-Ni-Mn三元正极材料同时具备钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂三者的优点:循环性稳定、安全性高、容量大。它的出现给锂离子二次电池的发展领域提供了光明前景。但其自身也存在着一些缺陷,仍需改进。本实验以Na OH为沉淀剂,氨水为络合剂,采用共沉淀法制备出了层状结构Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,实验采用XRD、SEM及电化学性能测试手段对材料进行了综合分析研究,优化出了制备Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的较优工艺过程:在p H值为11条件下,共沉淀制备正极材料前驱体;前驱体以Li/M为1.05:1掺入氢氧化锂,500℃预烧5h,850℃煅烧10h。在电压2.0~4.8V,0.1C倍率下,材料的首次放电比容量为220.3m Ah·g-1,20次循环后,放电比容量为197.4m Ah·g-1。在0.2C、0.5C、1C倍率下的首次放电比容量分别为:182.6m Ah·g-1、118.5m Ah·g-1、104.9m Ah·g-1,库伦效率分别为:98.89%、97.25%、98.98%。20次循环后,不同倍率下材料的循环性能较好。材料在0.2C、0.5C、1C倍率下20次循环测试后,放电比容量分别为169.1m Ah·g-1、104.9m Ah·g-1、89.59m Ah·g-1,充放电比容效率分别为94.71%、91.53%、87.26%。对Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料进行包覆、掺杂改性研究。研究了不同金属氧化物(Mg O、Ti O2、Al2O3)进行包覆,对制备出Li Ni1/3Co1/3-1/20Mn1/3M1/20O2(M=Mg、Ti、Al)正极复合材料物理及电化学性能的影响。结果表明包覆Al2O3制备正极材料性能最好,其在0.1C下首次放电比容量可达264.5m Ah·g-1,效率可达95.69%,1C倍率下,20次循环后Al2O3包覆材料的容量保持率最高,为92.5%。进一步研究了不同Al2O3包覆量对材料的物理及电化学性能的影响。研究表明,当Al2O3包覆量为1/20时,材料的性能尤为显著,0.1C倍率下材料首次放电比容量为264.5m Ah·g-1,20次充放电循环后的放电量为246.0m Ah·g-1,容量保持率为93.01%。实验运用F-及Al3+共掺杂,对所制备正极材料Li Ni1/3Co1/3-1/20Mn1/3Al1/20O2F0.05进行了研究。在电压范围2.0~4.8V,充放电倍率0.1C条件下,其首次充放电比容量分别为222.6m Ah·g-1、213.4m Ah·g-1,20次循环后其放电量为193.4m Ah·g-1,容量保持率为90.62%。
【关键词】：三元正极材料 液相共沉淀法 锂离子电池 包覆改性 充放电
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 引言13
• 1.2 锂离子电池的概况13-17
• 1.2.1 锂离子电池发展史13-15
• 1.2.2 锂离子电池的构成及工作原理15-16
• 1.2.3 锂离子电池的特点16-17
• 1.2.4 锂离子电池的应用17
• 1.3 正极材料的选取原则17-18
• 1.4 锂离子电池正极材料的概况18-20
• 1.4.1 氧化钴锂正极材料(LiCoO_2)18
• 1.4.2 氧化镍锂正极材料(LiNiO_2)18-19
• 1.4.3 钴锂镍复合氧化物正极材料(LiCo_(1-x)Ni_xO_2)19
• 1.4.4 尖晶石LiMn_2O_4正极材料19-20
• 1.4.5 橄榄石LiFePO_4正极材料20
• 1.5 Co-Ni-Mn三元正极材料20-23
• 1.5.1 Co-Ni-Mn三元正极材料的制备方法21-23
• 1.6 Co-Ni-Mn三元正极材料的改性研究23-25
• 1.6.1 离子掺杂改性24
• 1.6.2 包覆改性24-25
• 1.7 本论文的选题意义和研究内容25-27
• 第2章 实验材料及测试方法27-34
• 2.1 实验原料27
• 2.2 实验所用仪器27-28
• 2.3 实验方法28-31
• 2.3.1 Co-Ni-Mn三元正极材料的制备流程图28-29
• 2.3.2 Co-Ni-Mn三元正极材料的制备方法29-30
• 2.3.3 电池的制备30-31
• 2.4 Co-Ni-Mn三元正极材料的表征方法和电池性能测试31-34
• 2.4.1 X射线衍射分析 (XRD)测试31-32
• 2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)表征32
• 2.4.3 充放电性能测试32-33
• 2.4.4 交流阻抗和循环伏安测试33-34
• 第3章 Co-Ni-Mn锂离子正极材料的制备及性能研究34-56
• 3.1 不同pH值下合成材料的性能影响34-39
• 3.1.1 不同pH值下所制备材料的XRD分析34-35
• 3.1.2 不同pH值下所制备材料的SEM分析35-37
• 3.1.3 不同pH值下所制备材料的充放电性能分析37-38
• 3.1.4 不同pH值下所制备材料的交流阻抗分析38-39
• 3.2 不同锂过量所制备材料的性能影响39-44
• 3.2.1 不同化学计量比Li/M所制备材料的XRD分析39-40
• 3.2.2 不同化学计量比Li/M所制备材料的SEM分析40-41
• 3.2.3 不同化学计量比Li/M所制备材料的充放电性能分析41-43
• 3.2.4 不同化学计量比Li/M所制备材料的交流阻抗分析43-44
• 3.3 不同煅烧温度下所制备材料的性能影响44-50
• 3.3.1 不同煅烧温度所制备材料的XRD分析45-46
• 3.3.2 不同煅烧温度所制备材料的SEM分析46-48
• 3.3.3 不同煅烧温度所制备材料的充放电性能分析48-49
• 3.3.4 不同煅烧温度所制备材料的交流阻抗分析49-50
• 3.4 优化条件下所制备材料的研究50-54
• 3.4.1 优化条件下所制备材料的不同倍率充放电性能分析50-53
• 3.4.2 优化条件下所制备材料的循环伏安分析53-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第4章 包覆、掺杂改性对Co-Ni-Mn锂离子正极材料性能的影响56-74
• 4.1 不同金属氧化物包覆制备材料的性能研究56-66
• 4.1.1 不同金属氧化物包覆制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)-1/20Mn_(1/3)M_(1/20)O_2正极材料的XRD分析56-58
• 4.1.2 不同金属氧化物包覆制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)-1/20Mn_(1/3)M_(1/20)O_2正极材料的SEM分析58-59
• 4.1.3 不同金属氧化物包覆材料的充放电性能分析59-61
• 4.1.4 不同金属氧化物包覆材料的交流阻抗分析61-62
• 4.1.5 不同金属氧化物包覆材料的不同倍率下充放电性能分析62-66
• 4.2 不同Al_2O_3包覆量对所制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)-1/20Mn_(1/3)M_(1/20)O_2正极材料的性能研究66-68
• 4.2.1 不同Al_2O_3包覆量所制备材料的XRD分析66-67
• 4.2.2 不同包覆量所制备材料的充放电性能67-68
• 4.3 F~-及Al~(3+)共掺杂对所制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)-1/20Mn_(1/3)M_(1/20)O_2正极材料的性能研究68-72
• 4.3.1 F~-及Al~(3+)共掺杂所制备材料的SEM分析68-69
• 4.3.2 F~-及Al~(3+)共掺杂所制备材料的充放电性能分析69-70
• 4.3.3 F~-及Al~(3+)共掺杂所制备材料的交流阻抗分析70-71
• 4.3.4 F~-及 Al~(3+)共掺杂所制备材料的交流阻抗分析71-72
• 4.4 本章小结72-74
• 结论74-76
• 参考文献76-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 姜涛;聚阴离子型正极材料Li_3V_2（PO_4）_3和Na_2FePO_4F的制备与性质研究[D];吉林大学;2010年

，

本文编号：645768