堆垛结构富锂锰基正极材料Li 1.2 Mn 0.54 Ni 0.13 Co 0.13 O 2 的制备和改性研究

发布时间：2022-09-17 19:23

　　富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·（1-x）LiMO₂（M=Ni,Co,Mn）（LRMO）具有理论能量密度高、充放电电势窗口宽（2.0-4.8 V）、安全性高、价格低廉等优点成为目前高能量密度动力电池用正极材料的理想选择。然而其首次不可逆容量损失大、循环稳定性差和倍率性能不佳等不足,极大地限制了其在高性能锂离子电池和固态电池等方面的应用。针对以上问题,本论文系统研究了堆垛结构富锂锰基正极材料的制备及其材料的微观结构、物相组成和电化学性能,并在此基础上研究了Li₃VO₄/LiVO₃快离子导体异质结构表面包覆改性对富锂锰基正极材料电化学性能的影响。（1）比较了不同沉淀剂NH₄HCO₃、NaHCO₃和Na₂CO₃对富锂锰基正极材料组分、晶体结构和电化学性能的影响。发现使用NH₄HCO₃作为沉淀剂、络合剂和pH调... 

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 前言
    1.2 锂离子电池安全性
    1.3 富锂锰基正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2研究进展
        1.3.1 Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2正极材料介绍
        1.3.2 Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2正极材料充放电机理介绍
    1.4 富锂锰基正极材料(LRMO)的制备方法
        1.4.1 高温固相法
        1.4.2 水热法
        1.4.3 溶胶凝胶法
        1.4.4 共沉淀法
    1.5 富锂锰基正极材料(LRMO)的改性研究
        1.5.1 元素体相掺杂
        1.5.2 表面包覆改性
        1.5.3 表面修饰及结构设计
    1.6 论文研究内容
第2章 材料的合成和性能表征
    2.1 样品制备所需化学试剂
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 实验仪器和设备
    2.2 富锂锰基正极材料(LRMO)的制备
    2.3 电池极片的制作和扣式电池的组装
    2.4 富锂锰基正极材料(LRMO)的物理化学性能表征
        2.4.1 晶体结构与物相表征
        2.4.2 材料形貌和粒径表征
        2.4.3 元素价态分析
        2.4.4 微观结构和物相分析
        2.4.5 比表面积介孔/微孔分析仪
        2.4.6 元素含量分析
    2.5 富锂锰基正极材料(LRMO)的电化学性能表征
        2.5.1 恒流充放电测试
        2.5.2 循环伏安测试
        2.5.3 交流阻抗谱测试
第3章 堆垛结构富锂锰基正极材料的制备及性能研究
    3.1 引言
    3.2 不同沉淀剂对富锂锰基正极材料结构形貌的影响
        3.2.1 堆垛结构富锂锰基正极材料的制备
        3.2.2 晶体结构与物相分析
        3.2.3 材料形貌与粒径表征
        3.2.4 HRTEM和 SAED表征
        3.2.5 元素价态分析
        3.2.6 元素含量分析
    3.3 不同沉淀剂制备LRMO材料的电化学性能比较
        3.3.1 充放电性能分析
        3.3.2 倍率性能分析
        3.3.3 循环伏安曲线分析
        3.3.4 交流阻抗谱分析
    3.4 反应pH值对LRMO结构形貌和电化学性能的影响
        3.4.1 不同pH值碳酸盐前驱体MCO_3(M=Ni、Co、Mn)的制备
        3.4.2 晶体结构与物相表征
        3.4.3 材料形貌与粒径表征
        3.4.4 元素价态分析
        3.4.5 元素含量分析
        3.4.6 电化学性能表征
    3.5 NH4HCO3浓度对LRMO结构形貌和电化学性能的影响
        3.5.1 晶体结构与物相表征
        3.5.2 材料形貌与粒径表征
        3.5.3 电化学性能表征
    3.6 煅烧温度对LRMO结构形貌和电化学性能的影响
        3.6.1 晶体结构与物相表征
        3.6.2 材料形貌与粒径表征
        3.6.3 电化学性能表征
    3.7 保温时间对LRMO结构形貌和电化学性能的影响
        3.7.1 晶体结构与物相表征
        3.7.2 材料形貌与粒径表征
        3.7.3 电化学性能表征
    3.8 煅烧气氛对LRMO结构形貌和电化学性能的影响
        3.8.1 晶体结构与物相表征
        3.8.2 材料形貌与粒径表征
        3.8.3 电化学性能表征
    3.9 本章小结
第4章 Li_3VO_4/LiVO_3快离子导体包覆LRMO的制备和性能研究
    4.1 引言
    4.2 Li_3VO_4/LiVO_3包覆Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2材料的制备
    4.3 Li_3VO_4/LiVO_3包覆LRMO材料的结构形貌表征
        4.3.1 晶体结构与物相表征
        4.3.2 材料形貌与粒径表征
        4.3.3 微观结构与物相分析
        4.3.4 STEM和 EDS能谱表征
        4.3.5 元素价态分析
    4.4 电化学性能表征
        4.4.1 Li_3VO_4/LiVO_3包覆LRMO材料的首次充放电性能分析
        4.4.2 Li_3VO_4/LiVO_3包覆LRMO材料的倍率性能分析
        4.4.3 Li_3VO_4/LiVO_3包覆LRMO材料的循环稳性分析
        4.4.4 Li_3VO_4/LiVO_3包覆LRMO材料的循环伏安性能分析
    4.5 本章小结
第5章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]富锂锰基正极材料的研究进展[J]. 薛兵,王庆莉.  电源技术. 2019(02)
[2]富镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备及电化学性能[J]. 吴斌,严顺榕,王欣松,林晶晶,侯尚辰.  信息记录材料. 2019(02)
[3]富锂三元层状正极材料的研究进展[J]. 张和,张梦诗,廖世军.  应用化学. 2018(11)
[4]过硫酸铵表面处理对富锂锰基正极材料电化学性能的影响[J]. 刘小瑜,王利军.  上海第二工业大学学报. 2018(03)
[5]高能量密度层状富锂锰基正极材料的改性研究进展[J]. 李雨,赵慧春,白莹,吴锋,吴川.  储能科学与技术. 2018(03)
[6]动力锂电正极材料市场展望[J]. 朱素冰.  新材料产业. 2017(09)
[7]高能量密度锂离子电池用富锂正极材料[J]. 严武渭,柳永宁,崇少坤,周亚萍,刘建国,邹志刚.  化学进展. 2017(Z2)
[8]不同制备方法对正极材料0.5Li2MnO3·0.5Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2结构、形貌、电化学性能的影响[J]. 程磊,王志兴,贺振江,李新海,郭华军.  矿冶工程. 2014(06)

博士论文
[1]纳米结构磷酸铁锂正极材料的制备及其掺杂和表面改性[D]. 马俊.清华大学 2010

硕士论文
[1]富锂锰基层状固溶体正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的改性研究[D]. 张志强.江苏大学 2017
[2]富锂层状Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2材料的制备及性能研究[D]. 吴清.哈尔滨工业大学 2017



本文编号：3679803