镍锰基高电压锂电池正极材料的制备及储锂研究
发布时间：2021-08-17 06:15
电动汽车和混合电动汽车的快速发展需要高性能锂离子电池材料,但现有的锂离子电池在续航能力和成本上不能满足日益增加的需求。目前已研究出大量的具有高能量密度和功率密度的新型负极材料。但是,目前正极材料的容量无法与负极材料相匹配。因此,寻找高比容量的正极材料对高性能锂离子电池至关重要。因此本文使用湿法球磨加高温固相的方法制备了高电压正极材料,并针对材料的主要问题对材料进行改性研究。研究内容与结果如下:（1）采用湿法球磨加高温固相的方法成功制备了一系列xLi2MnO3·（1-x）LiMn0.5Ni0.5O2（x=0.3,0.4,0.5,0.6）富锂材料。0.4LMO样品在0.1 C倍率下100圈后的放电比容量为212 mAh g-1,明显高于0.3LMO和0.6LMO样品。结果表明,x Li2MnO3·（1-x）LiMn0.5Ni0.5O2样品的比容量和循环...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图
R-3m 空间群，属于六方晶系，如图1-2(a)所示[5]。Li+在 LiCoO2材料层间的扩散系数大概为 10-7~10-9cm2s-1，LiCoO2材料具有 274 mAh g-1的理论放电比容量，但实际比容量约为 140 mAh g-1；在增加充电电压的情况下，其比容量可达到 200 mAh g-1。LiCoO2材料在充电和放电过程中，LiCoO2材料仅有一半的 Li+进行可逆的脱嵌反应，在过度充电情况下，更多的 Li+会从 LiCoO2结构中脱出，但是会严重破坏材料的层状结构，影响材料的结构稳定性和电化学性能。LiCoO2材料具有充放电性能稳定、比容量高、易于合成的优点。但是其实际的比容量仅为理论比容量的一半，在充电和放电过程中钴元素的利用率比较低；同时也面临着钴资源匮乏、价格比较昂贵、具有毒性等问题，这限制了 LiCoO2材料的大规模应用
如图 1-3(b)。无序型的 LiNi0.5Mn1.5O4-δ材料，锂离子位于四面体的 8a 位置，锰离子和镍离子随机分布在 16d 位置。有序型的 LiNi0.5Mn1.5O4材料，Ni 和 Mn 分别位于 12d 和 4a 位，同时锂离子位于 8c 位置，并且锂离子通过 8c-4a 和 8c-12d 通道进行迁移。P4332 型的 LiNi0.5Mn1.5O4材料晶格对称性低，晶格常数小于 Fd-3m型 LiNi0.5Mn1.5O4-δ材料。Fd-3m 型的 LiNi0.5Mn1.5O4材料含有一定量的 Mn3+，它具有更高的电子导电率，因此其电化学性能优于 P4332 结构[41]。研究发现，这两种结构的材料可以转化，当合成温度低于700℃时，合成的是P4332 结构的材料，如果提高烧结温度则会生成 Fd-3m 结构的材料，另外通过低温退火，Fd-3m 结构的材料也可以转变为 P4332 结构的材料[42-44]。虽然 LiNi0.5Mn1.5O4材料很多优点，但研究过程中人们依然发现了一些问题：（1）高温烧结会导致氧缺失，因此在样品合成过程中往往会有 LixNi1-xO 或 NiO等杂相；（2）材料的倍率性能应进一步提高；（3）材料的循环稳定性是面临的最主要难题。主要是因为电解质容易在高电压下与活性材料发生反应，导致电解质的分解以及金属离子的溶出。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Progress in electrolytes for rechargeable Li-based batteries and beyond[J]. Qi Li,Juner Chen,Lei Fan,Xueqian Kong,Yingying Lu. Green Energy & Environment. 2016(01)
本文编号：3347230
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图
R-3m 空间群，属于六方晶系，如图1-2(a)所示[5]。Li+在 LiCoO2材料层间的扩散系数大概为 10-7~10-9cm2s-1，LiCoO2材料具有 274 mAh g-1的理论放电比容量，但实际比容量约为 140 mAh g-1；在增加充电电压的情况下，其比容量可达到 200 mAh g-1。LiCoO2材料在充电和放电过程中，LiCoO2材料仅有一半的 Li+进行可逆的脱嵌反应，在过度充电情况下，更多的 Li+会从 LiCoO2结构中脱出，但是会严重破坏材料的层状结构，影响材料的结构稳定性和电化学性能。LiCoO2材料具有充放电性能稳定、比容量高、易于合成的优点。但是其实际的比容量仅为理论比容量的一半，在充电和放电过程中钴元素的利用率比较低；同时也面临着钴资源匮乏、价格比较昂贵、具有毒性等问题，这限制了 LiCoO2材料的大规模应用
如图 1-3(b)。无序型的 LiNi0.5Mn1.5O4-δ材料，锂离子位于四面体的 8a 位置，锰离子和镍离子随机分布在 16d 位置。有序型的 LiNi0.5Mn1.5O4材料，Ni 和 Mn 分别位于 12d 和 4a 位，同时锂离子位于 8c 位置，并且锂离子通过 8c-4a 和 8c-12d 通道进行迁移。P4332 型的 LiNi0.5Mn1.5O4材料晶格对称性低，晶格常数小于 Fd-3m型 LiNi0.5Mn1.5O4-δ材料。Fd-3m 型的 LiNi0.5Mn1.5O4材料含有一定量的 Mn3+，它具有更高的电子导电率，因此其电化学性能优于 P4332 结构[41]。研究发现，这两种结构的材料可以转化，当合成温度低于700℃时，合成的是P4332 结构的材料，如果提高烧结温度则会生成 Fd-3m 结构的材料，另外通过低温退火，Fd-3m 结构的材料也可以转变为 P4332 结构的材料[42-44]。虽然 LiNi0.5Mn1.5O4材料很多优点，但研究过程中人们依然发现了一些问题：（1）高温烧结会导致氧缺失，因此在样品合成过程中往往会有 LixNi1-xO 或 NiO等杂相；（2）材料的倍率性能应进一步提高；（3）材料的循环稳定性是面临的最主要难题。主要是因为电解质容易在高电压下与活性材料发生反应，导致电解质的分解以及金属离子的溶出。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Progress in electrolytes for rechargeable Li-based batteries and beyond[J]. Qi Li,Juner Chen,Lei Fan,Xueqian Kong,Yingying Lu. Green Energy & Environment. 2016(01)
本文编号：3347230
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