双重修饰LiNi 0.5 CO 0.2 Mn 0.3 O 2 正极材料的合成及热电化学研究
发布时间：2023-11-10 20:11
LiNixCoyMnz2(0≤x,y,z<1)与 LiM02(Ni、Co、Mn)相比,因具有高容量和高循环性能等特点,已成为最重要的锂离子电池正极材料之一。尽管锂离子电池已经被广泛应用于多个领域,但仍需要在提升能量密度和热稳定性方面做新突破,以满足不断增长的市场需求。其中掺杂优化和包覆优化已被证实为最为直接有效的两种优化手段。本文采用低高温双平台法对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2进行2%过渡金属Zr掺杂和2%Li20-2B203包覆的双重修饰,实现正极材料结构到表面的优化。通过多种表征手段证明双重修饰手段对提升材料电化学性能有积极影响。事实上,在使电池材料满足高容量和高能量密度的同时解决热安全问题更为重要。锂离子电池在工作过程中伴随着一系列吸放热复杂的化学反应,若电池无法及时散热就会导致电池热失控甚至爆炸。本文创新的使用电化学-量热仪联用的研究手段,将电池置于高温(30℃、40℃)下循环,对双重修饰后的正极材料进行了热电化学研究,分析电池在不同温度下放热规律。得出热量和焓变与充放电速率和温度呈线性正相关;电池的总热量越低,电池的热稳定性越好的结论。进一步证明了双重修饰可以...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 锂离子电池
1.1.1 锂离子电池工作原理
1.1.2 锂离子电池的组成
1.2 正极材料体系
1.2.1 传统正极材料
1.2.2 三元正极材料
1.3 三元正极材料的制备
1.3.1 固相合成法
1.3.2 共沉淀法
1.3.3 溶胶凝胶法
1.3.4 其他方法
1.4 三元正极材料的问题及优化改性
1.4.1 三元正极材料的问题
1.4.2 掺杂改性
1.4.3 包覆改性
1.4.4 双重改性
1.5 热电化学的研究
1.6 第一性原理的研究
1.7 本课题研究意义及主要内容
第二章 实验
2.1 实验主要材料和仪器
2.2 扣式电池的组装与拆解
2.2.1 扣式电池的组装
2.2.2 扣式电池的拆解
2.3 材料的结构、形貌、元素测试
2.3.1 X射线衍射(XRD)表征
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)表征
2.3.3 透射电子显微镜(TEM)表征
2.3.4 能谱仪(EDS)表征
2.3.5 拉曼光谱(Raman spectra)表征
2.3.6 热分析表征
2.4 电化学性能测试
2.4.1 充放电测试
2.4.2 循环伏安测试
2.4.3 交流阻抗测试
2.5 电化学-量热测试
2.5.1 TAM air等温量热仪简介
2.5.2 TAM air量热仪的标定
2.5.3 电化学—量热联用装置
第三章 双重修饰Li2O-2B2O3-Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)xZr1-xO2正极材料的制备和电化学性能研究
3.1 双重修饰Li2O-2B2O3-Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)xZr1-xO2的制备
3.1.1 引言
3.1.2 改性材料的选择
3.1.3 材料的制备
3.2 掺杂量对正极材料的影响
3.2.1 不同掺杂量正极材料的结构表征
3.2.2 不同掺杂量正极材料的形貌表征
3.2.3 不同掺杂量正极材料的电化学性能测试
3.3 包覆量对正极材料的影响
3.3.1 不同包覆量正极材料的结构表征
3.3.2 不同包覆量正极材料的形貌表征
3.3.3 不同包覆量正极材料的电化学性能测试
3.4 最佳优化方案与未优化材料的对比研究
3.4.1 双重修饰前后正极材料结构的对比研究
3.4.2 双重修饰前后正极材料形貌的对比研究
3.4.3 双重修饰前后正极材料电化学性能的对比研究
3.5 本章小结
第四章 双重修饰Li2O-2B2O3-(LiNi0.5Co0.2Mn0.3)0.98Zr0.02O2正极材料的热电化学性能研究
4.1 引言
4.2 锂离子电池热失控原理机制
4.3 锂离子电池热电参数计算
4.4 双重修饰前后正极材料的结构与形貌表征
4.5 双重修饰前后正极材料的热分析
4.5.1 双重修饰前后材料的DSC分析
4.5.2 双重修饰前后正极材料的TG-DTA分析
4.6 双重修饰前后的材料的热电化学性能研究
4.6.1 双重修饰前后正极材料的电化学性能分析
4.6.2 双重修饰前后正极材料的热力学研究
4.7 本章小结
第五章 双重修饰Li2O-2B2O3-(LiNi0.5Co0.2Mn0.3)0.98Zr0.02O2正极材料的第一性原理计算
5.1 引言
5.2 第一性原理计算在锂离子电池中的应用
5.2.1 结构稳定性的计算
5.2.2 电子结构
5.2.3 能带结构和态密度
5.3 计算平台简介
5.3.1 Materials-studio软件简介
5.3.2 CASTEP模块
5.4 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的计算与建模
5.4.1 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2晶体模型的建立
5.4.2 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的结构优化
5.5 Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)xZr1-xO2正极材料的计算
5.6 双重修饰后能量及热力学计算
5.6.1 双重修饰前后正极材料热力学性质的计算
5.7 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
致谢
附录 攻读硕士学位发表的论文及申请的专利
本文编号：3862218
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 锂离子电池
1.1.1 锂离子电池工作原理
1.1.2 锂离子电池的组成
1.2 正极材料体系
1.2.1 传统正极材料
1.2.2 三元正极材料
1.3 三元正极材料的制备
1.3.1 固相合成法
1.3.2 共沉淀法
1.3.3 溶胶凝胶法
1.3.4 其他方法
1.4 三元正极材料的问题及优化改性
1.4.1 三元正极材料的问题
1.4.2 掺杂改性
1.4.3 包覆改性
1.4.4 双重改性
1.5 热电化学的研究
1.6 第一性原理的研究
1.7 本课题研究意义及主要内容
第二章 实验
2.1 实验主要材料和仪器
2.2 扣式电池的组装与拆解
2.2.1 扣式电池的组装
2.2.2 扣式电池的拆解
2.3 材料的结构、形貌、元素测试
2.3.1 X射线衍射(XRD)表征
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)表征
2.3.3 透射电子显微镜(TEM)表征
2.3.4 能谱仪(EDS)表征
2.3.5 拉曼光谱(Raman spectra)表征
2.3.6 热分析表征
2.4 电化学性能测试
2.4.1 充放电测试
2.4.2 循环伏安测试
2.4.3 交流阻抗测试
2.5 电化学-量热测试
2.5.1 TAM air等温量热仪简介
2.5.2 TAM air量热仪的标定
2.5.3 电化学—量热联用装置
第三章 双重修饰Li2O-2B2O3-Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)xZr1-xO2正极材料的制备和电化学性能研究
3.1 双重修饰Li2O-2B2O3-Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)xZr1-xO2的制备
3.1.1 引言
3.1.2 改性材料的选择
3.1.3 材料的制备
3.2 掺杂量对正极材料的影响
3.2.1 不同掺杂量正极材料的结构表征
3.2.2 不同掺杂量正极材料的形貌表征
3.2.3 不同掺杂量正极材料的电化学性能测试
3.3 包覆量对正极材料的影响
3.3.1 不同包覆量正极材料的结构表征
3.3.2 不同包覆量正极材料的形貌表征
3.3.3 不同包覆量正极材料的电化学性能测试
3.4 最佳优化方案与未优化材料的对比研究
3.4.1 双重修饰前后正极材料结构的对比研究
3.4.2 双重修饰前后正极材料形貌的对比研究
3.4.3 双重修饰前后正极材料电化学性能的对比研究
3.5 本章小结
第四章 双重修饰Li2O-2B2O3-(LiNi0.5Co0.2Mn0.3)0.98Zr0.02O2正极材料的热电化学性能研究
4.1 引言
4.2 锂离子电池热失控原理机制
4.3 锂离子电池热电参数计算
4.4 双重修饰前后正极材料的结构与形貌表征
4.5 双重修饰前后正极材料的热分析
4.5.1 双重修饰前后材料的DSC分析
4.5.2 双重修饰前后正极材料的TG-DTA分析
4.6 双重修饰前后的材料的热电化学性能研究
4.6.1 双重修饰前后正极材料的电化学性能分析
4.6.2 双重修饰前后正极材料的热力学研究
4.7 本章小结
第五章 双重修饰Li2O-2B2O3-(LiNi0.5Co0.2Mn0.3)0.98Zr0.02O2正极材料的第一性原理计算
5.1 引言
5.2 第一性原理计算在锂离子电池中的应用
5.2.1 结构稳定性的计算
5.2.2 电子结构
5.2.3 能带结构和态密度
5.3 计算平台简介
5.3.1 Materials-studio软件简介
5.3.2 CASTEP模块
5.4 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的计算与建模
5.4.1 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2晶体模型的建立
5.4.2 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的结构优化
5.5 Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)xZr1-xO2正极材料的计算
5.6 双重修饰后能量及热力学计算
5.6.1 双重修饰前后正极材料热力学性质的计算
5.7 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
致谢
附录 攻读硕士学位发表的论文及申请的专利
本文编号：3862218
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3862218.html
教材专著
