锂离子电池新型正极材料LiCoBO3的制备及性能研究

摘要

聚阴离子型正极材料具有结构稳定、灵活可控的充放电电位的优点，已成为新一代锂离子电池正极材料。硼酸盐LiMBO3(M=Fe，Mn，Co)具有理论比容量高(>210mAh/g)，理论能量密度高与循环过程中体积变化小的优点，是具有发展潜力的锂离子电池正极材料。
　　本文采用熔盐法制备了LiCoBO3正极材料，通过前驱体的TG-DSC测试确定材料的反应温度范围，X-射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)等对材料的结构、形貌、粒径进行表征，并采用恒流恒压充放电、恒流充放电、交流阻抗等对材料的电化学性能进行了测试。
　　以LiCl-KCl作为熔盐时，研究了不同工艺条件对形貌、结构和电化学性能的影响，所得到的最佳反应条件为前驱体的配比为n(LiCl+KCl):nCo=6:1，烧结温度为450℃，烧结时间为10h。C/20的倍率下，材料的首次放电比容量约为18mAh/g，以LiOH-Li2CO3作为熔盐时，在525℃烧结得到的材料的首次放电比容量为7.4mAh/g(C/20)。
　　为了改善LiCoBO3的性能，本文在所得到的最佳制备工艺的基础上进行了镁、锰离子掺杂、LiCoBO3/Li2O-2B2O3复合材料的制备、LiCoBO3/科琴黑复合材料的制备等研究。结果表明：(1)镁离子的掺杂量分别为x=0、0.1、0.2、0.3的材料的首次放电比容量分别为15.0、11.1、23.3、22.9mA/g。其中掺杂量为0.1时，首次放电比容量稍低，但循环性能得到了提升，而掺杂量为0.2与0.3时，首次放电比容量有所提升，但循环性能较差；(2)进行锰离子掺杂时，掺杂量x为0、0.3、0.5、1的样品首次放电比容量分别为11.8、8.8、17.2、62.3mAh/g。x为0.3和0.5时，材料的循环性能均较好；(3)锂硼化合物Li2O-2B2O3掺杂的LiCoBO3/LBO复合材料中，LBO含量5wt％时，首次放电比容量最大，为14.4mA/g；(4)以电导性能优良、比表面积大的科琴黑为碳源、LiCl-KCl为熔盐制备的LiCoBO3/科琴黑复合材料中，科琴黑含量为10wt%的样品与导电炭黑一起球磨4h后，材料的首次放电比容量提升到了47.8mAh/g(C/20)，循环性能也得到了改善；以LiOH-Li2CO3为熔盐时，科琴黑的掺入在一定程度上改善了材料的首次放电比容量和循环性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 锂离子电池概述

1.3 硼酸盐正极材料的研究进展

1.4 本论文的内容

第二章 实验方法

2.1 实验药品

2.2 材料的制备

2.3 电池组装

2.4 材料表征

2.5 材料的电化学性能测试

第三章 LiCoBO3正极材料的熔盐法制备及性能研究

3.1 LiCl-KCl熔盐法合成LiCoBO3

3.2 LiOH-Li2CO3熔盐法合成LiCoBO3

3.3 本章小结

第四章 LiCoBO3的改性研究

4.1 镁离子掺杂LiMgxCo1-xBO3的制备

4.2 锰离子掺杂LiMnxCo1-xBO3的制备

4.3 锂硼氧化物掺杂LCoBO3/LBO的制备

4.4 本章小结

第五章 LiCoBO3/C复合材料的制备及性能研究

5.1 LiCl-KCl熔盐制备LiCoBO3/C复合材料

5.2 LiOH-Li2CO3熔盐制备LiCoBO3/C复合材料

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录：攻读硕士期间发表的论文和参与研究的科研项目