微纳结构球形富锂正极材料的水热合成及改性研究

发布时间：2022-12-25 09:37

　　层状结构富锂正极材料相较于其他所有正极材料而言,拥有极高的比能量,从首次被发现至今,一直处于人们的广泛关注之下。然而,该材料的实际应用仍然面临几个巨大的挑战,包括电压衰退、较大的首次不可逆放电容量、低倍率性能以及有限的循环寿命。为了加快富锂材料的商业化进程,研究者们就其存在的缺陷展开了一系列的改善研究工作。本论文运用水热法合成富锂正极材料0.4Li2MnO3· 0.6LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2（Li1.4Mn6Ni0.2Co0.2O2.4）,优化了其合成工艺。为进一步改善材料的综合性能,本文继续在材料结构设计以及材料表面修饰等方面展开了系统的研究。论文主要研究内容如下:1.首先采用水热法合成球形碳酸盐前驱体Mn0.6Ni0.2Co0.2CO3,运用多种测试手段来表征合成的目标产物。而后,研究了配锂量和锂化温度对富锂材料的结构和电化学性能的影响。得出当摩尔比Li/TM（TM为总的过渡金属元素）=1.45,煅烧温度在750-850 ℃之间时,能够制备出结晶度理想以及电化学性能突出的材料:（1）其中锂化温度为750℃时材料的首次放电容量最高,0.1 C倍率下（1 C=200 mA... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池简介
        1.2.1 锂离子电池结构
        1.2.2 锂离子电池工作原理
        1.2.3 锂离子电池特点
        1.2.4 锂离子电池发展历程与发展趋势
    1.3 锂离子电池正极材料研究现状
        1.3.1 层状结构LiMO_2 (M=Mn、Co、Ni等金属)
        1.3.2 尖晶石型正极材料
        1.3.3 聚阴离子型正极材料
    1.4 富锂正极材料研究概述
        1.4.1 富锂正极材料结构
        1.4.2 富锂材料高容量机制
        1.4.3 富锂材料充放电过程的结构演变与电压衰机制
        1.4.4 富锂正极材料的改性研究
    1.5 本论文的研究意义及主要研究内容
第2章 实验方法
    2.1 实验原料与实验仪器
        2.1.1 主要实验原料
        2.1.2 主要实验仪器
    2.2 材料的物理化学性质表征
        2.2.1 X-射线衍射(XRD)分析
        2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)研究
        2.2.3 透射电子显微镜(TEM)研究
        2.2.4 X-射线光电子能谱(XPS)分析
        2.2.5 元素分析
        2.2.6 傅立叶转换红外光谱仪(FTIR)
        2.2.7 振实密度测试
        2.2.8 比表面积测试(BET)
        2.2.9 原子吸收分光光度法(AAS)
        2.2.10 能量色散X射线谱(EDS)
        2.2.11 热重分析
    2.3 材料的电化学性能测试
        2.3.1 电极极片的制作
        2.3.2 扣式锂离子电池的组装
        2.3.3 电池的充放电测试
        2.3.4 电化学阻抗(EIS)测试
        2.3.5 循环伏安(CV)测试
        2.3.6 恒电流间歇滴定(GITT)测试
第3章 水热法合成球形富锂正极材料Li_(1.4)Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_(2.4)与工艺优化
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 (Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))CO_3前驱体的合成
        3.2.2 富锂正极材料Li_(1.4)Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_(2.4)的合成
    3.3 前驱体(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))CO_3的表征
        3.3.1 SEM分析
        3.3.2 前驱体(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))CO_3的XRD分析
        3.3.3 前驱体(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))CO_3的成分分析
        3.3.4 前驱体(Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2))CO_3的热分析
    3.4 富锂正极材料Li_(1.4)Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_(2.4)的合成工艺优化及表征
        3.4.1 不同配锂量对Li_(1.4)Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_(2.4)性能的影响及表征
        3.4.2 不同锂化温度对Li_(1.4)Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_(2.4)性能的影响及表征
    3.5 本章小结
第4章 三元自模板法合成空洞微纳结构球形富锂正极材料Li_(1.4)Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_(2.4)
    4.1 引言
    4.2 三元自模板法合成空洞结构富锂正极材料的过程及表征
        4.2.1 碳酸盐前驱体以及微纳结构富锂球形富锂材料的制备
        4.2.2 前驱体物理性质表征
        4.2.3 锂化后的富锂材料形貌与结构表征
    4.3 本章小结
第5章 构筑具有稳定异质结构表面的富锂正极材料
    5.1 引言
    5.2 具有异质结构表面的富锂正极材料的合成及表征
        5.2.1 碳酸盐前驱体以及对应的球形富锂富锂材料的制备
        5.2.2 设计方案可行性探究
        5.2.3 前驱体的表征
        5.2.4 表面异质结构富锂材料的结构分析
        5.2.5 电化学性能分析
    5.3 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
科研成果
个人简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源汽车 竞相跨入“战国时代”[J]. 王占锋.  企业观察家. 2018(01)
[2]浅谈锂离子电池正极材料[J]. 钟子浩.  中国新通信. 2018(01)
[3]锂离子电池正极材料LiNiO2的研究进展[J]. 高原,顾大明,史鹏飞.  电池. 2005(06)
[4]锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 贺慧,程璇,张颖,杨勇.  功能材料. 2004(06)



本文编号：3726367