锂离子电池正极材料层状镍钴锰酸锂的制备及其表征

摘要

采用共沉淀法制备了先驱体Ni<,x>CO<,1-2x>Mn<,x>CO<,3>(x=3/10，1/3，4/10)，并对其进行预烧处理后，再与Li<,2>CO<,3>混合，采用高温固相合成法得到了具有层状结构的正极材料LiNi<,x>Co<,1-2x>Mn<,x>O<,2>(x=3/10，1/3，4/10)，并采用XRD、SEM、循环伏安和恒电流充放电测试来表征材料的特征和电化学性能，主要结论如下： 1.镍、钴、锰的成分对其电化学性能有很大影响：(1)Co<'3+>能有效地稳定复合物的层状结构，并能抑制3a和3b位置的阳离子混排，钴含量的增加会使材料的晶胞参数a和c都变小，晶胞体积减少，提高倍率充放电性能；(2)Ni<'2+>含量的增加使晶胞参数c和a增加，c/a减小，有助于提高材料的可逆嵌锂数量；(3)Mn<'4+>作为非电化学活性物质存在，不参与Li<'+>脱嵌过程中的氧化还原反应，对其结构起到支撑作用，改善了循环性能。其中LiNi<,1/3>Co<,1/3>Mn<,1/3>O<,2>的综合性能最好。 2.LiNi<,x>Co<,1-2x>Mn<,x>O<,2>(x=4/10、1/3、3/10)材料的一次颗粒大小均匀，基本上为类球形，具有良好的流动性、加工性好。通过合理的参数调整，可实现对正极材料的一次颗粒和二次团聚颗粒微观形貌的控制。 3.三元嵌锂镍钴锰氧化物LiNi<,x>Co<,1-2x>Mn<,x>O<,2>(x=4/10、1/3、3/10)具有优越的电化学性能，最优热处理温度为1000℃。当X=4/10和1/3时，在2.75～4.3V，以0.1C充放电，可逆放电比容量大于150mAh/g；以0.4C充放电时放电比容量仍保持在140mAh/g左右，倍率充放电性能好；在0.2C充放电，30次循环后放电比容量保持在95％以上，循环性能好；当X=1/3时，在2.75～4.6V充放电时首次放电比容量更高达200mAh/g以上，循环性能良好。 研究表明LiNi<,x>Co<,1-2x>Mn<,x>O<,2>(x=3/10，1/3，4/10)是很有发展前景的锂离子电池正极材料，有望取代LiCoO<,2>商业化应用于锂离子电池产业中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1锂离子电池概述

1.2锂离子电池负极材料

1.2.1碳负极材料

1.2.2非碳负极材料

1.3锂离子电池正极材料

1.3.1锂钴氧化物

1.3.2锂镍氧化物

1.3.3锂锰氧化物

1.3.4磷酸亚铁锂

1.3.5二元层状嵌锂金属氧化物

1.3.6三元层状嵌锂镍钴锰金属氧化物

1.4本研究的目的和意义

第二章材料制备与实验方法

2.1材料制备

2.2实验方法

2.2.1差热与热重分析

2.2.2 XRD分析

2.2.3 SEM分析及能谱分析

2.2.4充放电性能测试

2.2.5循环伏安测试

第三章共沉淀法制备镍钴锰复合碳酸盐

3.1共沉淀法制备镍钴锰复合碳酸盐的热力学分析

3.1.1计算原理

3.1.2计算过程

3.1.3分析与讨论

3.2镍钴锰复合碳酸盐的制备及其表征

3.3本章小结

第四章对复合碳酸盐的预烧处理

4.1复合碳酸盐的差热-热重分析

4.2预烧处理产物的XRD分析

4.3复合氧化物的成分分析

4.4预烧处理对颗粒形貌的影响

4.5本章小结

第五章层状镍钴锰酸锂的制备及其表征

5.1层状锂镍钴锰氧化物的制备

5.1.1球磨混料及其效果

5.1.2高温烧结工艺制度

5.2锂镍钴锰氧化物的XRD分析

5.3锂镍钴锰氧化物的SEM分析

5.4循环伏安法对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的研究

5.5扣式电池充放电测试

5.5.1在2.75～4.3V的充放电测试

5.5.2在2.75～4.6V的充放电测试

5.6二次烧结对材料的影响

5.7本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要研究成果