锂离子电池三元正极材料的制备、包覆和电化学性能的研究

发布时间：2017-05-02 21:08

  本文关键词：锂离子电池三元正极材料的制备、包覆和电化学性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前锂离子电池正极材料LiCoO2仍占据市场主导地位。由于其具有毒性大、安全性差和成本较高等问题，研究者正致力于寻找可替代LiCoO2的新型正极材料。而三元复合LINil/3Col/3Mnl/3O2具有和LiCoO2的相似结构，因自身安全性高，可逆容量高和低成本的优势，成为最可能的LiCoO2替代品。本文在最优条件下采用共沉淀法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料，，并对其进行包覆改性研究。 采用氢氧化物共沉淀法合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料，最佳制备工艺条件条件为：PH=11.0，氨水浓度0.5mol·L-1；材料煅烧条件为：Li/M＝1.05，空气中200℃预烧3h,450℃预烧5h,之后900℃煅烧15h。此条件合成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在2.5~4.5V范围内以20mA·g-1的电流密度充放电，首次放电容量为183mAh·g-1，40次循环容量保持率为88.9%。,采用Y2O3对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行包覆研究以改善其循环特性，通过SEM、 XRD、充放电测试等手段，考察了不同包覆量对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构和电化学性能的影响。结果显示包覆并没有改变LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构;确定Y2O3包覆量以0.5wt%为最佳，随着包覆量的增加，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的首次放电容量逐渐降低，在0.1C、2.5V~4.5V下，0.5wt%Y2O3包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的首次放电比容量为196.4mAh/g，40次循环后容量保持率为99.3%。 以商品化正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2为原料，采用共沉淀法选择Y2O3、YPO4、Al2O3、AlPO4分别对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2进行包覆研究。X射线衍射分析结果显示包覆0.5wt%Y2O3、0.25wt%YPO4、0.5wt%Al2O3、0.5wt%AlPO4后，LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的层状结构良好、镍锂混排程度降低。以0.1C倍率循环50次后的放电容量分别为190.5mAh/g、185.9mAh/g、191.3mAh/g、196.1mAh/g，均高于未包覆材料的173.5mAh/g，容量保持率分别为98.9%、95.0%、99.1%、96.9%，均明显高于未包覆材料的92.3%。 采用共沉淀-喷雾干燥法制备了锂离子电池球形LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、充放电测试等手段，考察了氧气流量、煅烧烧温度、配锂量和煅烧时间对材料性能的影响。通过TG、XRD、SEM和电化学测试对材料的晶体结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征。结果表明材料具有良好的层状结构，球形颗粒粒径约10μm；在30℃下，2.5-4.3V循环，以20mA/g首次放电比容量达186.3mAh/g，循环50圈后容量保持率为84.1%。
【关键词】：锂离子电池 共沉淀法 共沉淀-喷雾干燥法 包覆 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 正极材料
【学位授予单位】：贵州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912;O611.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 锂离子电池的结构和工作原理及特点11-13
• 1.1.1 锂离子电池的结构和工作原理11-12
• 1.1.2 锂离子电池的特点12-13
• 1.2 锂离子电池正极材料的研究现状13-22
• 1.2.1 层状氧化物正极材料14-17
• 1.2.2 三元复合层状氧化物 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O217-22
• 1.3 本文的选题意义和研究内容22-24
• 第二章 实验部分24-31
• 2.1 实验药品24
• 2.2 电极的制备24-25
• 2.3 实验仪器及使用方法25-27
• 2.3.1 氧气气氛下的高温烧结装置25
• 2.3.2 X-射线粉末晶体衍射技术（XRD）25-26
• 2.3.3 热分析26
• 2.3.4 扫描电子显微技术（SEM）26-27
• 2.3.5 粒度分析27
• 2.4 材料的电化学表征27-31
• 2.4.1 电极制备27-28
• 2.4.2 电池组装28-29
• 2.4.3 充放电性能测试29
• 2.4.4 交流阻抗测试（EIS）29-31
• 第三章 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2制备及性能表征、包覆改性31-36
• 3.1 正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备31-32
• 3.2 结果与讨论32-36
• 3.2.1 Y_2O_3包覆对 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料结构影响32-33
• 3.2.2 Y_2O_3包覆对 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料形貌的影响33-34
• 3.2.3 Y_2O_3包覆对 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料电化学性能影响34-36
• 第四章 商业 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2正极材料的表面包覆改性研究36-68
• 4.1 Y_2O_3包覆正极材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_236-45
• 4.1.1 Y_2O_3包覆过程36-37
• 4.1.2 结果与讨论37-45
• 4.2 YPO_4包覆正极材料 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_22的研究45-52
• 4.2.1 YPO_4包覆过程45
• 4.2.2 结果与讨论45-52
• 4.3 Al_2O_3包覆正极材料 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_22的研究52-59
• 4.3.1 Al_2O_3包覆过程52-53
• 4.3.2 结果与讨论53-59
• 4.4 AlPO_4包覆正极材料 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的研究59-66
• 4.4.1 AlPO_4包覆过程59
• 4.4.2 结果与讨论59-66
• 4.5 不同包覆材料对 LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2的影响66-68
• 第五章 球形 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料的制备及其电化学性能68-84
• 5.1 材料制备68-69
• 5.2 前驱体的表征69-72
• 5.2.1 前驱体的 SEM 分析69-70
• 5.2.2 前驱体的 XRD 分析70
• 5.2.3 前驱体的粒度分析70-71
• 5.2.4 前驱体热分析71-72
• 5.3 合成条件优化72-80
• 5.3.1 烧结时氧气流量对材料 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2的影响72-74
• 5.3.2 煅烧温度对材料的影响74-76
• 5.3.3 锂/金属配比值对材料 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2的影响76-78
• 5.3.4 烧结时间对材料 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2的影响78-80
• 5.4 优化条件下合成材料 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2性能分析80-84
• 5.4.1 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料的结构分析80-81
• 5.4.2 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2的形貌分析81-82
• 5.3.3 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2材料的电化学性能82-84
• 第六章 结论与展望84-86
• 6.1 结论84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-93
• 攻读硕士学位期间发表文章93-94
• 致谢94-95

【参考文献】

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