锂离子电池三元正极材料的制备与研究

发布时间：2017-03-19 20:10

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【摘要】：为了满足动力电池对锂离子电池正极材料的要求，研究者对各种正极材料进行了深入的研究。相对于LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等常见的锂离子电池正极材料，镍钴锰三元正极材料有较高的能量密度以及较好的循环稳定性和热稳定性，有希望应用于电动汽车和混合电动汽车上。 本论文制备了不同Ni、Co、Mn配比的三元正极材料，通过电化学测试选取了电化学性能优异的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料为研究重点。研究了焙烧温度，镍钴锰原材料的种类、锂源的选择对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的电化学性能的影响，探索优化了制备LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元材料的条件：当焙烧温度为900℃，镍钴锰原料选择镍钴锰的乙酸盐，而锂源选择氢氧化锂或者碳酸锂时，制备出的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料具有较好的电化学性能。 在上述工作的基础上，考察了锂源的添加方式对三元材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的影响进行了综合研究，结果表明：将乙酸锂直接添加到镍钴锰的乙酸盐溶液中这种锂源添加方式制备出来的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料有最高的0.1C首次放电容量，将乙酸锂与镍钴锰的草酸盐沉淀通过物理混合制备得到的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料具有最高的比表面积和循环稳定性，而将乙酸锂与经过镍钴锰的草酸盐沉淀热处理后得到的镍钴锰氧化物混合研磨制备得到的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料的颗粒发生了团聚，材料的比表面积小，但是电化学性能较差。 本文还通过溶胶-凝胶法制备了LiLi0.2MnxNiyCozO2三元富锂材料，并研究了在电极制作过程中添加Pt/C催化剂对电池性能的影响。研究发现，当添加的Pt/C催化剂的量为1%时，电池的性能没有发生很大的变化。当Pt/C催化剂的添加量分别为2%、4%、和8%时，电池的首次放电容量分别提高了15.5mAh/g、14.8mAh/g和12.1mAh/g，但是它们的循环稳定性有所下降。并提出了添加Pt/C氧还原催化剂后，电池性能发生变化的可能机理：在Pt/C催化剂的作用下，，电池中的H+和O2发生反应，从而加快了充电过程中的离子交换速率，提高了电池的容量。
【关键词】：锂离子电池 正极材料 草酸共沉淀法 锂源添加方式 Pt/C催化剂
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912;TQ131.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 锂离子电池概述10-12
• 1.2.1 锂离子电池的发展状况10-11
• 1.2.2 锂离子电池的工作原理与结构11-12
• 1.3 常见锂离子电池正极材料介绍12-16
• 1.3.1 锂离子电池正极材料及要求12
• 1.3.2 常见正极材料介绍12-16
• 1.4 层状三元正极材料 LiNi_(1/3)Co_(1/3_Mn_(1/3)O_2的研究进展16-25
• 1.4.1 三元材料的合成16-18
• 1.4.2 三元材料的掺杂18-22
• 1.4.3 三元材料的表面修饰22-25
• 1.5 论文工作的思路、意义及主要内容25-26
• 第二章 实验方法26-32
• 2.1 实验原料与化学试剂26-28
• 2.2 实验仪器与设备28-29
• 2.3 样品的制备29-30
• 2.3.1 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的制备29
• 2.3.2 不同锂源添加方式的 LiNi_（0.5）Co_（0.2）Mn_（0.3）O_2正极材料的制备29-30
• 2.3.3 三元富锂材料 LiLi_(0.2)Mn_xNi_yCo_zO_2的制备30
• 2.4 样品的表征30-31
• 2.4.1 X-射线衍射（XRD）30
• 2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）30
• 2.4.3 热重/差热分析30
• 2.4.4 氮气吸脱附分析（BET）30-31
• 2.5 样品的测试与评估31-32
• 2.5.1 纽扣电池的结构与组装31
• 2.5.2 充放电测试31-32
• 第三章 三元正极材料的制备条件的探索32-41
• 3.1 引言32-33
• 3.2 结果与讨论33-39
• 3.2.1 几种不同 Ni/Co/Mn 组成的三元材料的表征33-36
• 3.2.2 焙烧温度对材料性能的影响36-38
• 3.2.3 原料对材料性能的影响38-39
• 3.2.4 锂源对材料性能的影响39
• 3.3 本章小结39-41
• 第四章 三元材料的表征及锂源的影响研究41-49
• 4.1 引言41-42
• 4.2 结果与讨论42-48
• 4.2.1 前驱体的热重表征42
• 4.2.2 材料的结构表征42-43
• 4.2.3 材料的形貌表征43-45
• 4.2.4 材料的电化学性能测试45-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 Pt/C 催化剂的添加对三元富锂材料 LiLi_（0.2）Mn_xNi_yCo_zO_2的性能的影响研究49-55
• 5.1 引言49-50
• 5.2 结果与讨论50-54
• 5.2.1 富锂三元材料的结构表征50-51
• 5.2.2 Pt/C 添加的富锂三元材料的电化学性能表征51-54
• 5.3 本章小结54-55
• 总结与展望55-58
• 参考文献58-65
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果65-66
• 致谢66-67
• 附件67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 李丹;尹鸽平;邵双喜;马亚旗;;锂离子蓄电池材料LiNi_(0.7)Co_(0.2)Mn_(0.1)O_2的制备与性能[J];电源技术;2007年04期

2 周恒辉,慈云祥,刘昌炎;锂离子电池电极材料研究进展[J];化学进展;1998年01期

3 杨志;李新海;王志兴;朱勇军;;Surface modification of spherical LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2 with Al_2O_3 using heterogeneous nucleation process[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2007年06期

4 李伟善;;储能锂离子电池关键材料研究进展[J];新能源进展;2013年01期

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本文编号：256519