高电压LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 电极材料的合成及其电化学性能研究
发布时间：2022-01-10 10:56
新能源动力汽车的大力发展,带动了开发高能量密度、高功率密度锂离子动力电池的研究热潮。在锂离子电池中,正极材料的成本约占电池的44%,可见开发高性能的正极材料是促进锂离子动力电池发展的关键。尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）正极材料因具有4.7 V高电压平台、高理论能量密度(约650 Wh kg-1)、三维锂离子通道以及环境友好等优势,是目前高功率、高能量密度正极材料的研究热点之一。因此,本文以开发高能量密度的尖晶石型LNMO正极材料为目标,期望通过形貌控制以及包覆改性的手段,制备兼具高能量密度和循环稳定性的尖晶石型LNMO正极材料。论文主要研究内容和结果如下:（1）采用共沉淀与高温固相反应相结合的方法,选择不同的锂源（Li2CO3和LiOH）制备两种纳微球形LNMO正极材料（LNMO1和LNMO2）,研究锂源对产物LNMO材料电化学性能的影响。测试结果表明:锂源对LNMO的微观形貌和晶体结构均有一定的影响,进而影响其放电容量和循环稳定性。其中...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图
LiNixCoyMn1-x-yO2（x>0，y<1）。在三元材料中，M其不发生氧化还原反应；Ni2+和 Co3+会发生氧化还原i(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2作为一种典型的三元材料，其空间aFeO2层状结构。它相当于 LiCoO2、LiMnO2、LiN的比例组成的固溶体，其理论比容量仍为 275 mAh g率性能[18-20]。三元材料以其高容量优势和循环稳定性发展的主流材料之一。极材料是一类将上述层状材料与岩盐相的 Li2MnO3其表达式为 x Li2MnO3·(1-x) LiMO2（M=Ni、Co、富锂层状材料的理论容量超过 300 mAh g-1，其实际容左右，且其能量密度高于 900 Wh kg-1，是现在已知锂高的[21，22]。在充放电过程中，富锂材料会发生层状从而造成电压平台的下降以及循环性能的降低。目前式主要为掺杂和表面包覆。若其电压降以及循环衰减料将作为高性能的锂离子动力电池正极材料，很快
绪论LiFePO4表现为 Pmnb 空间群，氧原子在晶格中为六方紧密堆积，P 原原子的四面体孔隙，形成了 PO4四面体；Fe 原子和 Li 原子则交替地占体孔隙，分别形成了 FeO6八面体和 LiO6八面体[23]。LiFePO4的工作电V 左右，其理论放电比容量为 170 mAh g-1，实际放电容量一般可达到 150 LiFePO4电池材料具有循环寿命长，安全性好，成本低廉，环境友好等，其被广泛应用于笔记本电脑、数码相机、智能穿戴等消费类电子产品分广阔的市场前景。此外，LiFePO4材料因其安全性较好，还被用作新的动力电池正极材料。LiFePO4材料也存在一定的缺点：（1）其工作电低，在组装电池时会增加串联的组件，从而导致电池重量的增加。（2）锂离子扩散系数较低，且锂离子脱出去后的 FePO4不能和 LiFePO4形成使得材料的导电性。因此，LiFePO4材料无法满足大倍率充放电的应用性能优异的 LiFePO4材料，常见的改性方法主要包括以下三种[5]：（1）电导率较高的碳材料进行表面包覆[24]；（2）通过金属元素掺杂来ePO4的电导率[25]；（3）通过细化材料的颗粒来提高 Li+的扩散速率[26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]比亚迪电力储能设备与电动汽车应用现状分析[J]. 邹德天,潘燕,吴贝科,常丽芳,武志刚. 供用电. 2018(09)
[2]锂离子动力电池技术现状及发展趋势[J]. 刘焱,胡清平,陶芝勇,李新海,黄泽伟,曾坚义. 中国高新科技. 2018(07)
[3]锂离子电池锰基尖晶石正极材料研究进展及产业化前景[J]. 邓玉峰,赵世玺,郭双桃,毕坤,徐亚辉. 新材料产业. 2017(02)
[4]锂离子电池石墨烯-LiMPO4（M=Fe,V和Mn）复合正极材料的研究进展[J]. 金玉红,王莉,尚玉明,高剑,李建军,何向明. 中国科学:化学. 2015(02)
[5]锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展[J]. 饶媛媛,曾晖,王康平,刘兴亮,王强. 电池工业. 2014(03)
博士论文
[1]锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备与改性研究[D]. 沙鸥.天津大学 2012
[2]掺杂尖晶石LiMn2O4系和层状LiNiO2系化合物的制备、结构和电化学性能[D]. 吴惠明.浙江大学 2007
[3]锂离子电池正极材料层状LiMnO2及LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2合成及电化学性能研究[D]. 李义兵.中南大学 2006
硕士论文
[1]高电压LiCoO2电池的电极材料改性与功能电解液研究[D]. 梁栋栋.合肥工业大学 2017
[2]锂离子电池高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备、改性及性能研究[D]. 胡飘.苏州大学 2016
[3]尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4高电压正极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 吴卫卫.合肥工业大学 2015
[4]高电压尖晶石型镍锰酸锂微纳米材料的合成、表征及电化学性能研究[D]. 朱晓波.中国科学技术大学 2014
[5]锂离子电池5V尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4及LiCoMnO4的研究[D]. 林忞.厦门大学 2014
[6]高电压LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的合成及改性[D]. 孙洪丹.苏州大学 2014
[7]锂离子电池正极材料Li2MSiO4（M=Fe,Mn）的制备及改性研究[D]. 李德凯.青岛科技大学 2014
[8]尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的制备及改性研究[D]. 宋植彦.国防科学技术大学 2012
[9]5V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4制备及其掺杂改性研究[D]. 庞佩佩.天津大学 2010
[10]掺杂锰酸锂的合成及性能的研究[D]. 何方勇.中南大学 2007
本文编号：3580590
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图
LiNixCoyMn1-x-yO2（x>0，y<1）。在三元材料中，M其不发生氧化还原反应；Ni2+和 Co3+会发生氧化还原i(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2作为一种典型的三元材料，其空间aFeO2层状结构。它相当于 LiCoO2、LiMnO2、LiN的比例组成的固溶体，其理论比容量仍为 275 mAh g率性能[18-20]。三元材料以其高容量优势和循环稳定性发展的主流材料之一。极材料是一类将上述层状材料与岩盐相的 Li2MnO3其表达式为 x Li2MnO3·(1-x) LiMO2（M=Ni、Co、富锂层状材料的理论容量超过 300 mAh g-1，其实际容左右，且其能量密度高于 900 Wh kg-1，是现在已知锂高的[21，22]。在充放电过程中，富锂材料会发生层状从而造成电压平台的下降以及循环性能的降低。目前式主要为掺杂和表面包覆。若其电压降以及循环衰减料将作为高性能的锂离子动力电池正极材料，很快
绪论LiFePO4表现为 Pmnb 空间群，氧原子在晶格中为六方紧密堆积，P 原原子的四面体孔隙，形成了 PO4四面体；Fe 原子和 Li 原子则交替地占体孔隙，分别形成了 FeO6八面体和 LiO6八面体[23]。LiFePO4的工作电V 左右，其理论放电比容量为 170 mAh g-1，实际放电容量一般可达到 150 LiFePO4电池材料具有循环寿命长，安全性好，成本低廉，环境友好等，其被广泛应用于笔记本电脑、数码相机、智能穿戴等消费类电子产品分广阔的市场前景。此外，LiFePO4材料因其安全性较好，还被用作新的动力电池正极材料。LiFePO4材料也存在一定的缺点：（1）其工作电低，在组装电池时会增加串联的组件，从而导致电池重量的增加。（2）锂离子扩散系数较低，且锂离子脱出去后的 FePO4不能和 LiFePO4形成使得材料的导电性。因此，LiFePO4材料无法满足大倍率充放电的应用性能优异的 LiFePO4材料，常见的改性方法主要包括以下三种[5]：（1）电导率较高的碳材料进行表面包覆[24]；（2）通过金属元素掺杂来ePO4的电导率[25]；（3）通过细化材料的颗粒来提高 Li+的扩散速率[26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]比亚迪电力储能设备与电动汽车应用现状分析[J]. 邹德天,潘燕,吴贝科,常丽芳,武志刚. 供用电. 2018(09)
[2]锂离子动力电池技术现状及发展趋势[J]. 刘焱,胡清平,陶芝勇,李新海,黄泽伟,曾坚义. 中国高新科技. 2018(07)
[3]锂离子电池锰基尖晶石正极材料研究进展及产业化前景[J]. 邓玉峰,赵世玺,郭双桃,毕坤,徐亚辉. 新材料产业. 2017(02)
[4]锂离子电池石墨烯-LiMPO4（M=Fe,V和Mn）复合正极材料的研究进展[J]. 金玉红,王莉,尚玉明,高剑,李建军,何向明. 中国科学:化学. 2015(02)
[5]锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展[J]. 饶媛媛,曾晖,王康平,刘兴亮,王强. 电池工业. 2014(03)
博士论文
[1]锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备与改性研究[D]. 沙鸥.天津大学 2012
[2]掺杂尖晶石LiMn2O4系和层状LiNiO2系化合物的制备、结构和电化学性能[D]. 吴惠明.浙江大学 2007
[3]锂离子电池正极材料层状LiMnO2及LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2合成及电化学性能研究[D]. 李义兵.中南大学 2006
硕士论文
[1]高电压LiCoO2电池的电极材料改性与功能电解液研究[D]. 梁栋栋.合肥工业大学 2017
[2]锂离子电池高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备、改性及性能研究[D]. 胡飘.苏州大学 2016
[3]尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4高电压正极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 吴卫卫.合肥工业大学 2015
[4]高电压尖晶石型镍锰酸锂微纳米材料的合成、表征及电化学性能研究[D]. 朱晓波.中国科学技术大学 2014
[5]锂离子电池5V尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4及LiCoMnO4的研究[D]. 林忞.厦门大学 2014
[6]高电压LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的合成及改性[D]. 孙洪丹.苏州大学 2014
[7]锂离子电池正极材料Li2MSiO4（M=Fe,Mn）的制备及改性研究[D]. 李德凯.青岛科技大学 2014
[8]尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的制备及改性研究[D]. 宋植彦.国防科学技术大学 2012
[9]5V锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4制备及其掺杂改性研究[D]. 庞佩佩.天津大学 2010
[10]掺杂锰酸锂的合成及性能的研究[D]. 何方勇.中南大学 2007
本文编号：3580590
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