锂离子电池正极材料0.5Li2MnO3·0.5LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备和表面包覆研究

摘要

富锂锰基正极材料以其高容量、低成本、对环境友好和安全性好等优点，被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料。但材料本身也有一些缺陷，如首次不可逆容量损失较大、倍率性能较差等。因此，本文通过优化富锂锰基正极材料0.5Li2MnO3·0.5LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备工艺条件，采用表面包覆的方法提高材料的电化学性能。
　　1.采用共沉淀法、喷雾干燥辅助共沉淀法和微波辅助共沉淀法合成富锂锰基正极材料。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和充放电测试等手段，对正极材料的合成条件进行优化。结果表明：900℃烧结10h，配锂量过量7％的条件下合成的正极材料具有良好的晶体结构和优越的电化学性能。在20 mA/g充放电时，首次放电比容量高达270.1 mAh/g（2.0-4.8V），充放电效率为69.8%,100圈循环后的放电比容量为212.6 mAh/g，具有较好的容量保持率。
　　2.采用共沉淀法对自制0.5Li2MnO3·0.5LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2富锂材料进行Y2O3包覆，采用XRD、SEM、电化学交流阻抗和恒流充放电测试等手段，对包覆前后的正极材料进行了结构表征与电化学性能测试。结果表明，Y2O3并没有改变材料的晶体结构，只存在于正极材料的表面。其中包覆量为1wt%的材料在放电比容量和循环性能等方面均有明显的提高。测试表明：工作电流为200 mA/g，包覆量为1wt%的正极材料在循环100圈后，放电比容量为200.9 mAh/g，而未包覆的材料仅为82.3 mAh/g。同时电化学阻抗研究显示：包覆后正极材料的阻抗减少，电子电导率提高，从而电化学性能得到提高。

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第一章 绪论

1.1 锂离子电池的概述

1.1.1锂离子电池的发展和优点

1.1.2锂离子电池的工作原理

1.1.3锂离子电池的结构

1.2 常见的正极材料

1.2.1 钴酸锂（LiCoO2 ）

1.2.2 镍酸锂（LiNiO2）

1.2. 3二元材料（LiNi0.8Co0.2O2）

1.2.4 三元材料（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）

1.2.5 磷酸盐材料（LiFePO4）

1.3 富锂锰基正极材料

1.3.1富锂锰基正极材料发展

1.3.2富锂锰基正极材料的结构和充放电机理

1.3.3富锂锰基正极材料的制备方法

1.3.4富锂锰基正极材料的改性研究

1.4本文的研究思路和主要内容

第二章 实验部分

2.1实验试剂

2.2 电极的制备

2.3主要实验仪器及使用方法

2.3.1 XRD

2.3.2 扫描电子显微镜

2.3.3 实验型喷雾干燥机

2.3.4 材料的电化学表征

2.3.5 交流阻抗测试

第三章 富锂锰基正极材料 0.5Li2MnO3·0.5LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及表征

3.1共沉淀法合成富锂锰基正极材料

3.1.1正极材料的制备

3.1.2 结果与讨论

3.2 喷雾干燥辅助共沉淀法合成富锂锰基正极材料

3.2.1正极材料的制备

3.2.2结果与讨论

3.3 微波辅助共沉淀法合成富锂锰基正极材料

3.3.1正极材料的制备

3.3.2结果与讨论

3.4本章小结

第四章 富锂正极材料0.5Li2MnO3·0.5LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的Y2O3包覆

引言

4.1正极材料的制备

4.2 结果与讨论

4.2.1包覆材料的XRD分析

4.2.2包覆材料的SEM分析

4.2.3 电化学性能测试

4.2.4电化学阻抗测试

4.3本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文

致谢