高电位锂离子电池正极材料的制备及改性

发布时间：2017-09-18 05:32

  本文关键词：高电位锂离子电池正极材料的制备及改性

  更多相关文章： LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 溶胶-凝胶-自蔓延 模拟计算 In_2O_3

【摘要】：当前,LiCoO_2、LiFePO_4、LiMn_2O_4依次成为锂离子电池商业化的正电极材料。但是,这些材料却有自身难以克服的弊端。LiCoO_2材料制备的成本高、污染环境,LiFePO_4材料输出电压只有3.6V,LiMn_2O_4材料的容量损失比较严重。LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料因为具有制备成本低、无毒无污染、输出电压在4.5V以上、容量损失率小等特征跻身于下一代新型5V级高电位锂离子电池正电极材料的研究行列中。本论文选用溶胶-凝胶-自蔓延制备方法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4作为锂离子电池的正电极材料,并且通过物性表征和电性能测试探究了煅烧合成温度对材料宏观性能表现的影响。结果表明,最佳煅烧合成温度为850℃,制备出来的材料呈现八面体几何形貌,粒径大小平均是1.5μm。以0.1C倍率的电流进行测试结果表明,电池首次放电比容量可以达到116.34mAh/g。通过30次连续循环后,依然保持96.73mAh/g的放电比容量。对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料与不同电解液体系的相容性进行了初步探究。在以EMC(碳酸甲乙酯)、EC(碳酸乙烯酯)、DEC(碳酸二乙酯)不同体积比例混合的有机溶剂中添加1M LiPF6(六氟磷锂),配制成不同体系的电解液。对比LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料在不同电解液体系中的性能表现。0.1C倍率测试结果表明,适当增加DEC的比例含量,电池首次放电比容量可由86.95mAh/g增加到124.41mAh/g,充放电的电位平台延长将近45%。50次的充放电循环性能也得到了良好的改善,库伦效率平均提升了3%。用同样方法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的两种不同空间群材料。通过物性表征、电性能测试,探究了两种空间群在宏观性能表现的异同。P4332空间群的与Fd-3m空间群的在几何外貌上没有明显差异,只是前者的粒径尺寸偏小0.5μm。0.1C倍率测试结果表明,P4332空间群的只在4.6~4.85V高电位内存有电位平台。Fd-3m空间群的不仅在4.5~4.8V内存有电位平台,而且还在3.9~4.0V内存有一小段电位平台。20次循环后,P4332空间群的放电比容量仅损耗了9.16mAh/g,Fd-3m空间群的放电比容量从112.44mAh/g缩减到91.05mAh/g。利用计算机模拟仿真对两种空间群分子模型的几何构架、态密度分布、原子分布、键布局等方面进行系统分析,结果表明:P4332的态密度比Fd-3m的明显分散、导电性能不是很好、各化学键比Fd-3m的都短。多出来的Mn-Mn键虽能够增加骨架稳定性,却阻碍了锂离子的穿梭。最后,本论文尝试将在LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4中掺杂少量的半导体材料In_2O_3。经0.1C倍率测试发现,虽然In_2O_3的掺杂消除了4.0V附近电位平台,却在3.0V附近出现了电位平台。首次放电比容量大大提升到189.30mAh/g,经10次循环后比容量迅速缩减到10mAh/g。
【关键词】：LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 溶胶-凝胶-自蔓延 模拟计算 In_2O_3
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 锂离子电池的发展11-14
• 1.2.1 锂离子电池的构成及工作原理12-13
• 1.2.2 锂离子电池的主要特点13-14
• 1.3 锂离子电池正电极材料研究14-17
• 1.3.1 LiFePO_4正电极材料15
• 1.3.2 LiNiO_2正电极材料15-16
• 1.3.3 LiCoO_2正电极材料16-17
• 1.3.4 LiMn2O_4正电极材料17
• 1.4 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正电极材料研究进展17-20
• 1.4.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正电极材料的制备方法17-19
• 1.4.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正电极材料的改性19-20
• 1.5 本论文的研究内容、目的及意义20-21
• 第二章 实验药品、仪器及制备方法21-27
• 2.1 实验药品21
• 2.2 实验仪器21-22
• 2.3 材料制备22-23
• 2.4 材料表征方法23-27
• 2.4.1 XRD表征24
• 2.4.2 SEM表征24
• 2.4.3 充放电性能测试24
• 2.4.4 循环伏安测试24-25
• 2.4.5 扣式电池的组装25
• 2.4.6 扣式电池的测试25-27
• 第三章 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4制备及性能研究27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 材料制备27-28
• 3.3 材料表征28-32
• 3.3.1 XRD表征28-31
• 3.3.2 SEM表征31-32
• 3.4 充放电性能测试32-36
• 3.4.1 首次充放电性能测试32-34
• 3.4.2 循环性能测试34-36
• 3.5 小结36-38
• 第四章 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4在不同电解液体系中的性能研究38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 有机电解液的选择38-41
• 4.2.1 锂盐的选择39-40
• 4.2.2 溶剂的选择40-41
• 4.3 有机电解液的配制41
• 4.4 充放电性能测试41-47
• 4.4.1 首次充放电性能测试41-43
• 4.4.2 循环伏安测试43-45
• 4.4.3 循环性能测试45-47
• 4.5 小结47-48
• 第五章 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4两种不同空间群的性能研究48-65
• 5.1 引言48
• 5.2 材料制备48-49
• 5.3 物性表征49-51
• 5.3.1 XRD表征49-50
• 5.3.2 SEM表征50-51
• 5.4 充放电性能测试51-55
• 5.4.1 首次充放电性能测试51-52
• 5.4.2 循环伏安测试52-54
• 5.4.3 循环性能测试54-55
• 5.5 计算模型及参数设置55-56
• 5.5.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的计算模型55-56
• 5.5.2 主要参数设置56
• 5.6 材料空间群分析56-57
• 5.7 态密度分析57-62
• 5.8 原子布局分析62-63
• 5.9 键长及键布局分析63
• 5.10 小结63-65
• 第六章 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/In2O3复合材料制备及性能研究65-73
• 6.1 引言65
• 6.2 材料制备65-66
• 6.3 物性表征66-70
• 6.3.1 XRD表征66-69
• 6.3.2 SEM表征69-70
• 6.4 充放电性能测试70-72
• 6.4.1 首次充放电性能测试70-71
• 6.4.2 循环性能测试71-72
• 6.5 小结72-73
• 第七章 结论73-74
• 参考文献74-81
• 发表论文和参加科研情况说明81-82
• 致谢82

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本文编号：873693