共沉淀法制备NCM622正极材料及Na和Br共掺杂研究
发布时间：2021-08-02 11:32
LiNixCoyMn1-x-yO2正极材料由于高比容量、环保、低成本及良好的安全性能而得到广泛的研究,被认为是LiCoO2正极材料的代替者之一。其中,LiNi0.6Co0 2Mn0.2O2正极材料由于高Ni含量可以提供更高的容量,满足对锂离子电池更高容量的需求,成为最有前景的锂离子正极材料之一。但是,该材料仍存在诸如循环稳定性不好、倍率性能较差和阳离子混排较严重等缺陷,针对以上缺陷,该文采用共沉淀法制备Ni0.6Co0.2Mn0.2（OH）2前驱体,研究了不同合成条件对前驱体的形貌和粒径分布的影响。以此为基础,将制备的前驱体煅烧成LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料,研究煅烧温度、制备条件对LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料的结构和性能影响。最后,采用Na+和Br-的共掺杂来改善该材料的晶体结构,提高材料的稳定性和电化学性能。具体的内容如下:以氢氧化钠为沉淀剂,氨水为络合剂,采用共沉淀法成功的合成了Ni0.6Co0.2Mn0.2（OH）2前驱体,研究了不同pH值、不同氨浓度、不同的进料速度及不同的进料时间对前驱体的形貌和粒径分布的影响。结果表明,在pH=11,氨浓...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２尖晶石ＬｉＭｎ２０４结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｐｉｎｅｌ?ＬｉＭｎ２〇４??
放电的容量，这个过程也会使Ｌｉ＋从正极材料的晶格中脱出嵌??回，相应的电子则从外电路来回传递，以此保持整个反应的电荷守恒。Ｍｎ４＋在材料中没??有表现出电化学活性，所以不参与电化学反应，但它可提高晶体结构的稳定性，同时降??低了正极材料的成本。由于ＬｉＮｉｏ．６Ｃｏａ２Ｍｎｏ．２Ｏ２正极材料兼顾了ＬｉＣｏ〇２、ＬｉＮｉＣｂ和ＬｉＭｎ〇２??三者的优点，在电化学性能、生产成本和安全性等方面优势显著，被认为是最有前景的??新型锂离子电池正极材料。??？?〇?？?ＴＭ?Ｃ?Ｌｉ?，??图１．３三元层状材料结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｗｅｌｌ－ｏｒｄｅｒｅｄ?Ｒ－３ｍ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??１．４．１?ＬｉＮｉｏ．６Ｃｏｏ．２Ｍｎｏ．２Ｏ２?的容量衰减机理??ＬｉＮｉ〇．６Ｃ〇ａ；２Ｍｎａ２〇２（Ｎｉ２〇．５）属于富镜系的三元正极材料，由于Ｎｉ元素含量高，能??够为材料带来更多的放电比容量。但是也正是由于Ｎｉ元素含量高，Ｎｉ２＋与Ｌｉ＋半径相似，??在充电过程中，Ｌｉ＋从正极脱出通过电解液嵌入负极，在材料的晶格中留下许多锂位空穴，??此时，由于Ｎｉ２＋与Ｌｉ＋半径相近，导致Ｎｉ２＋极易占据Ｌｉ位。在放电程中，由于Ｌｉ位被??Ｎｉ２＋占据，使Ｌｉ＋无法从负极嵌回到正极，造成了?Ｎｉ２＋与Ｌｉ＋的混排，进一步导致材料发??生由层状相－尖晶石相－熔岩相的不可逆相变［４９＿５３］，最终导致材料结构的坍塌，从而使得??材料容量的迅速衰减。另外，材料在充放电过程中由于电解液的腐蚀，导致正极材料随??着充放电次数的增加，易在材料表面产生微孔及微裂纹，从而使得材料结构的退化，造??成材料容量的
ＬｉＮｉａ６Ｃｏ〇．２Ｍｎａ２０２正??极材料进行表面包覆，结果表明，材料不仅在电化学性能上改善明显，而且其热稳定性??能也得到了相应的提升。??ａ）?＾??Ｉｄｅａｌ?ａｃｔｉｖｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ?Ｐｒａｃｔｉｃａｌ?ａｃｔｉｖ＊?ｍａｔｅｒｉａｌ?（?ＣＱ，?）?＿＿?＾??■?ｖ?Ａｃｔｉｖｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ??ＤＩ?Ｌｉ?ｓｐｅｃｉｅｓ?？?？?？?？?？??Ｒ３ｍ?ｐｈａｓｅ?ＮＫ）?ｐｈａｖｃ?ＳＥＩ?ｌａｙｅｒ??（＜－Ｂｕｌｋ）?（Ｓｕｒｆａｃｅ）??图１．４表面锂残渣形成示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｒｅｓｉｄｕｅ?ｌｉｔｌｉｉｕｍ??１．５．２．３结构的不稳定??在ＬｉＮｉｏ．６Ｃｏｏ．２Ｍｎｏ．２Ｏ２三元材料的循环过程中，由于材料在充放电过程中存在着体积??膨胀收缩，不可逆相变的产生也伴随着０从晶体内部结构的流失，从而导致沿着初级粒??子的界面会产生微裂纹和微孔，微裂纹和微孔的产生导致了结构的坍塌及材料性能的衰??减。其示意图如图１．５所示间。??针对材料的这一缺陷，Ｈｙｅｊｕｎｇ幻１１１等［６３］在材料的一次颗粒之间的表面形成了高Ｃｏ??含量的纳米尺寸的尖晶石相。研宄结果表明，一方面，减少了材料在长循环过程中微裂??纹的产生，在截止电压为４．４５Ｖ下，材料循环１５０次后容量的保持率高达８０％，远超未做??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Facile Synthesis of Porous Zn–Sn–O Nanocubes and Their Electrochemical Performances[J]. Bo Li,Xiaomin Li,Jiantao Zai,Xuefeng Qian. Nano-Micro Letters. 2016(02)
本文编号：3317488
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２尖晶石ＬｉＭｎ２０４结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｐｉｎｅｌ?ＬｉＭｎ２〇４??
放电的容量，这个过程也会使Ｌｉ＋从正极材料的晶格中脱出嵌??回，相应的电子则从外电路来回传递，以此保持整个反应的电荷守恒。Ｍｎ４＋在材料中没??有表现出电化学活性，所以不参与电化学反应，但它可提高晶体结构的稳定性，同时降??低了正极材料的成本。由于ＬｉＮｉｏ．６Ｃｏａ２Ｍｎｏ．２Ｏ２正极材料兼顾了ＬｉＣｏ〇２、ＬｉＮｉＣｂ和ＬｉＭｎ〇２??三者的优点，在电化学性能、生产成本和安全性等方面优势显著，被认为是最有前景的??新型锂离子电池正极材料。??？?〇?？?ＴＭ?Ｃ?Ｌｉ?，??图１．３三元层状材料结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｗｅｌｌ－ｏｒｄｅｒｅｄ?Ｒ－３ｍ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??１．４．１?ＬｉＮｉｏ．６Ｃｏｏ．２Ｍｎｏ．２Ｏ２?的容量衰减机理??ＬｉＮｉ〇．６Ｃ〇ａ；２Ｍｎａ２〇２（Ｎｉ２〇．５）属于富镜系的三元正极材料，由于Ｎｉ元素含量高，能??够为材料带来更多的放电比容量。但是也正是由于Ｎｉ元素含量高，Ｎｉ２＋与Ｌｉ＋半径相似，??在充电过程中，Ｌｉ＋从正极脱出通过电解液嵌入负极，在材料的晶格中留下许多锂位空穴，??此时，由于Ｎｉ２＋与Ｌｉ＋半径相近，导致Ｎｉ２＋极易占据Ｌｉ位。在放电程中，由于Ｌｉ位被??Ｎｉ２＋占据，使Ｌｉ＋无法从负极嵌回到正极，造成了?Ｎｉ２＋与Ｌｉ＋的混排，进一步导致材料发??生由层状相－尖晶石相－熔岩相的不可逆相变［４９＿５３］，最终导致材料结构的坍塌，从而使得??材料容量的迅速衰减。另外，材料在充放电过程中由于电解液的腐蚀，导致正极材料随??着充放电次数的增加，易在材料表面产生微孔及微裂纹，从而使得材料结构的退化，造??成材料容量的
ＬｉＮｉａ６Ｃｏ〇．２Ｍｎａ２０２正??极材料进行表面包覆，结果表明，材料不仅在电化学性能上改善明显，而且其热稳定性??能也得到了相应的提升。??ａ）?＾??Ｉｄｅａｌ?ａｃｔｉｖｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ?Ｐｒａｃｔｉｃａｌ?ａｃｔｉｖ＊?ｍａｔｅｒｉａｌ?（?ＣＱ，?）?＿＿?＾??■?ｖ?Ａｃｔｉｖｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ??ＤＩ?Ｌｉ?ｓｐｅｃｉｅｓ?？?？?？?？?？??Ｒ３ｍ?ｐｈａｓｅ?ＮＫ）?ｐｈａｖｃ?ＳＥＩ?ｌａｙｅｒ??（＜－Ｂｕｌｋ）?（Ｓｕｒｆａｃｅ）??图１．４表面锂残渣形成示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｒｅｓｉｄｕｅ?ｌｉｔｌｉｉｕｍ??１．５．２．３结构的不稳定??在ＬｉＮｉｏ．６Ｃｏｏ．２Ｍｎｏ．２Ｏ２三元材料的循环过程中，由于材料在充放电过程中存在着体积??膨胀收缩，不可逆相变的产生也伴随着０从晶体内部结构的流失，从而导致沿着初级粒??子的界面会产生微裂纹和微孔，微裂纹和微孔的产生导致了结构的坍塌及材料性能的衰??减。其示意图如图１．５所示间。??针对材料的这一缺陷，Ｈｙｅｊｕｎｇ幻１１１等［６３］在材料的一次颗粒之间的表面形成了高Ｃｏ??含量的纳米尺寸的尖晶石相。研宄结果表明，一方面，减少了材料在长循环过程中微裂??纹的产生，在截止电压为４．４５Ｖ下，材料循环１５０次后容量的保持率高达８０％，远超未做??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Facile Synthesis of Porous Zn–Sn–O Nanocubes and Their Electrochemical Performances[J]. Bo Li,Xiaomin Li,Jiantao Zai,Xuefeng Qian. Nano-Micro Letters. 2016(02)
本文编号：3317488
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