高镍三元锂离子电池正极材料的合成与性能研究

发布时间：2017-09-23 18:31

  本文关键词：高镍三元锂离子电池正极材料的合成与性能研究

  更多相关文章： 锂离子电池 高镍三元材料 共沉淀法 包覆改性 电化学性能

【摘要】：层状镍钴锰酸锂复合材料具备三元协同效应,综合了镍酸锂、锰酸锂、钴酸锂几种材料的优点,其中高镍三元材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2因其放电比容量高而受到广泛关注。本文首先对碳酸盐共沉淀法和氢氧化物共沉淀法制备的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料进行各种性能的对比,在此基础上对碳酸盐共沉淀法进行工艺条件的优化,并针对高镍材料容量衰退较快的问题,对其进行AlF3包覆改性研究。分别采用碳酸盐共沉淀法和氢氧化物共沉淀法两种方法制备了高镍三元材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2,对制备工艺条件及材料的物理化学性能和电化学性能进行了分析对比。结果表明:虽然碳酸盐共沉淀法比氢氧化物共沉淀法制备工艺简单,但采用此法制备的材料形貌较差、振实密度较低、放电比容量偏低,因此需要对其工艺条件进行优化。针对碳酸盐共沉淀法制备材料的缺点,分别以不同加料方式、不同沉淀剂、不同锂源、不同煅烧制度、是否水洗等工艺条件为考察因素进行单因素实验。利用程序控制恒流充放电测试系统,结合XRD、SEM等表征手段,系统研究了合成工艺对材料形貌、结构、电化学性能的影响,并确定最优条件为:采用并流的加料方式,摩尔比为1:1的Na2CO3+NH4HCO3混合溶液为沉淀剂,LiOH·H2O为锂源,两步煅烧制度,最后水洗烘干。制得的高镍材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2电化学性能优良,0.2C首次放电比容量达到188.6mAh·g-1,1C下循环50次后的容量保持率为55.7%。针对高镍材料循环性能较差的缺点,对其进行了表面包覆AlF3的研究。结果表明:包覆Al F3不会改变三元材料的层状结构。此外,虽然包覆AlF3使材料的首次放电比容量稍有降低,但循环性能得到明显改善。其中AlF3包覆量为2wt.%时包覆效果最好,1C下循环50次后的容量保持率高达68.2%,较未包覆样品提高了12.6%。
【关键词】：锂离子电池 高镍三元材料 共沉淀法 包覆改性 电化学性能
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 符号说明11-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 三元正极材料简介12-17
• 1.1.1 三元正极材料的发展和研究现状12-14
• 1.1.2 三元正极材料的特点14-15
• 1.1.3 三元正极材料的合成方法15-16
• 1.1.4 三元正极材料的改性研究16-17
• 1.2 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的介绍17-20
• 1.2.1 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的特点18-19
• 1.2.2 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的研究现状及存在的问题19-20
• 1.3 本论文的选题背景和研究内容20-22
• 第二章 实验部分22-26
• 2.1 实验的主要原料及仪器22-23
• 2.2 材料物理化学性能表征23-24
• 2.2.1 激光粒度分析23
• 2.2.2 振实密度测试23-24
• 2.2.3 pH值测试24
• 2.2.4 X射线衍射（XRD）24
• 2.2.5 扫描电镜（SEM）24
• 2.3 材料的电化学性能测试24-26
• 2.3.1 极片的制备及扣式电池的组装24
• 2.3.2 电化学性能测试24-26
• 第三章 两种方法制备的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料性能对比26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 样品的制备26-28
• 3.3 两种方法制备的前驱体和三元材料的对比28-32
• 3.3.1 前驱体和三元材料的SEM分析28-29
• 3.3.2 前驱体和三元材料的振实密度对比29
• 3.3.3 三元材料的粒径对比29-30
• 3.3.4 三元材料的pH值对比30
• 3.3.5 三元材料的XRD分析30-31
• 3.3.6 三元材料的电化学性能对比31-32
• 3.4 本章小结32-34
• 第四章 碳酸盐共沉淀法制备LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2工艺的优化34-54
• 4.1 引言34
• 4.2 不同加料方式的影响34-37
• 4.2.1 不同加料方式对前驱体形貌和粒径的影响35-36
• 4.2.2 不同加料方式对三元材料晶体结构的影响36
• 4.2.3 不同加料方式对三元材料电化学性能的影响36-37
• 4.3 不同沉淀剂的影响37-41
• 4.3.1 不同沉淀剂对前驱体晶体结构的影响38-39
• 4.3.2 不同沉淀剂对前驱体形貌的影响39
• 4.3.3 不同沉淀剂对三元材料晶体结构的影响39-40
• 4.3.4 不同沉淀剂对三元材料电化学性能的影响40-41
• 4.4 不同锂源的影响41-44
• 4.4.1 不同锂源对三元材料粒径和振实密度的影响41-42
• 4.4.2 不同锂源对三元材料晶体结构的影响42-43
• 4.4.3 不同锂源对三元材料电化学性能的影响43-44
• 4.5 不同煅烧制度的影响44-47
• 4.5.1 不同煅烧制度对三元材料粒径和振实密度的影响44-45
• 4.5.2 不同煅烧制度对三元材料形貌的影响45
• 4.5.3 不同煅烧制度对三元材料晶体结构的影响45-46
• 4.5.4 不同煅烧制度对三元材料的电化学性能的影响46-47
• 4.6 水洗的影响47-50
• 4.6.1 水洗对三元材料pH值的影响48
• 4.6.2 水洗对三元材料形貌的影响48-49
• 4.6.3 水洗对三元材料电化学性能的影响49-50
• 4.7 最优条件下制备的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料的性能表征50-53
• 4.7.1 最优条件下制备的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料的物理化学性能50-51
• 4.7.2 最优条件下制备的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料的电化学性能51-53
• 4.8 本章小结53-54
• 第五章 AlF_3包覆对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2结构和电化学性能的影响54-60
• 5.1 引言54
• 5.2 AlF_3包覆54-58
• 5.2.1 AlF_3包覆三元材料的SEM分析54-56
• 5.2.2 AlF_3包覆三元材料的XRD分析56-57
• 5.2.3 AlF_3包覆三元材料的电化学性能分析57-58
• 5.3 本章小结58-60
• 第六章 结论60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 莫素珍,沈哲中;磷酸铋共沉淀法测定人尿中的钍[J];核技术;1980年04期

2 栾伟娜;陈沙鸥;张永成;夏临华;李达;;共沉淀法制备ZrO_2-Al_2O_3-CeO_2的煅烧反应过程及物相表征[J];材料导报;2007年S3期

3 ;共沉淀法制备铁氧体试验报告[J];计算机与网络;1977年03期

4 苏继桃;苏玉长;赖智广;禹萍;何显达;;共沉淀法制备镍、钴、锰复合碳酸盐的热力学分析[J];硅酸盐学报;2006年06期

5 邓庚凤;贺雯琳;潘敏;方克明;;共沉淀法制备超细钐铁复合氧化物的工艺研究[J];稀有金属;2007年03期

6 许民才 ,单承汀 ,吴国荣 ,于少明;共沉淀法水合二氧化锰的循环使用[J];合肥工业大学学报(自然科学版);1992年S1期

7 张永明;于洪明;;共沉淀法制备YAG粉体[J];沈阳化工学院学报;2008年04期

8 侯铁翠;李智慧;卢红霞;曾昭桓;;改进草酸盐共沉淀法制备钛酸钡超细粉体的研究[J];航空材料学报;2008年01期

9 唐庆圆;李耀刚;阚艳梅;张国军;王佩玲;;共沉淀法制备钒掺杂钛酸铋粉体及其陶瓷性能研究[J];无机材料学报;2007年04期

10 陈利花;梁小平;;纳米六角片状镁铝水滑石晶体的共沉淀法制备[J];徐州工程学院学报(自然科学版);2012年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 马萍;;共沉淀法超精细陶瓷微粉制备与烧结[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

2 娄向东;田圣军;苏耀峰;;镍酸镧的制备及性能研究[A];第六届全国气湿敏传感器技术学术交流会论文集[C];2000年

3 任建新;郭孝东;钟本和;方为茂;;共沉淀法制备LiFePO_4/C研究[A];中国化学会第28届学术年会第19分会场摘要集[C];2012年

4 董博;张溪文;翁文剑;杜丕一;赵高凌;沈鸽;韩高荣;;共沉淀法提高制备Bi-YIG粉末反应活性的机理研究[A];全国第三届溶胶—凝胶科学技术学术会议论文摘要集[C];2004年

5 郑春满;肖静;韦永滔;郭宇杰;谢凯;;Cu_xIn_yGa_zO_n纳米粉体的共沉淀法制备与表征[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年

6 赖华生;许武;王晓君;谢宜华;狄卫华;陈宝玖;;共沉淀法制备Y(P,V)O_4:Eu~(3+)荧光粉及其真空紫外光谱特性研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年

7 李玉林;;共沉淀法研制蓝色长余辉发光体[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集（上）[C];2009年

8 刘浩文;唐定国;李襄宏;张炳广;杨汉民;;共沉淀法合成尖晶石NiFe_2O_4[A];2010中西部地区无机化学化工学术研讨会论文集[C];2010年

9 王德;沈容;韦世强;陆坤权;;La-Ti-O体系电流变材料的制备和性质研究[A];第七届全国液体和软物质物理学术会议程序册及论文摘要集[C];2010年

10 边历峰;焦正;刘锦淮;;喷射共沉淀法制备纳米CoFe_2O_4及其结构表征[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 黎雯;类水滑石/碳纳米管复合材料的构建及其对双酚A的催化降解研究[D];华南理工大学;2015年

2 Mya Theingi;[D];昆明理工大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 梁申申;液相法制备LiFe_(1-x)V_xPO_4/C粉体及电化学性能研究[D];北京化工大学;2015年

2 黄年花;Fe_3O_4的制备及其表面修饰研究[D];电子科技大学;2014年

3 杜芳;锂电池Li-Ni-Co-Mn-O的制备及性能研究[D];西南民族大学;2015年

4 朱华;层状Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)]O_2 正极材料合成和磷酸锰锂表面修饰改性研究[D];浙江工业大学;2015年

5 邢云;高镍三元锂离子电池正极材料的合成与性能研究[D];河北工业大学;2015年

6 庞秀江;共沉淀法制备铈基储氧材料及其性能的研究[D];四川大学;2004年

7 杨有利;化学共沉淀法制备La_（0.7）（Ca_（0.47）Sr_（0.53））_（0.3）MnO_3的工艺与性能研究[D];昆明理工大学;2005年

8 杜国杰;共沉淀法制备稀土掺杂钨酸盐纳米发光材料[D];河北大学;2012年

9 孟德明;共沉淀法制备YAG粉体[D];东北大学;2011年

10 李晓蕾;超声雾化共沉淀法制备纳米YAG粉体[D];清华大学;2011年

，

本文编号：906862