富锂锰基层状固溶体正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的改性研究

摘要

富锂层状正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(0　　本研究主要内容包括：⑴采用共沉淀法对Li1.2Ni0.2Mn0.6O2正极材料进行Cr和Co掺杂，采用球磨法对Li1.2Ni0.2Mn0.6O2进行 Ti掺杂。实验结果表明不同掺杂元素及掺杂含量对Li1.2Ni0.2Mn0.6O2材料具有不同的改性效果。通过比较发现，8%Cr掺杂改性后得到的Li1.2Ni0.16Mn0.56Cr0.08O2具有最佳的电化学性能。富锂锰基层状固溶体正极材料Li1.2Ni0.16Mn0.56Cr0.08O2的首次放电比容量为246.6 mAh·g-1，首次库仑效率达到76.44%。0.2C倍率下50次循环后的中值电压为2.97V，容量保持率为95.45%。在5 C的大倍率放电条件下，放电比容量仍能达到110.2mAh·g-1。通过XPS、dQ/dV曲线证明了Cr掺杂能够增加富锂层状材料的结构稳定性，抑制循环过程中层状结构向尖晶石结构转变的速率。四探针测试和离子扩散系数结果表明，适量的Cr掺杂能够有效提高正极材料的电子电导率和离子电导率。⑵对Li1.2Ni0.16Mn0.56Cr0.08O2正极材料进行LiAlO2包覆改性，包覆量为1%、3%、5%和8%。实验结果表明，LiAlO2包覆前后Li1.2Ni0.16Mn0.56Cr0.08O2材料的层状结构没有发生改变。采用3%LiAlO2包覆的Li1.2Ni0.16Mn0.56Cr0.08O2正极材料的电化学性能最好。其首次的放电比容量能够达到266.8 mAh·g-1，首次库仑效率为79.37%。以0.2 C循环50次后的容量仍有234.2 mAh·g-1，容量保持率为96.7%。在5 C倍率下的放电比容量仍能达到130.5 mAh·g-1。XPS测试结果表明LiAlO2包覆能够抑制循环过程中Mn3+的产生。交流阻抗结果表明3%LiAlO2包覆后样品的电荷转移阻抗明显降低。离子扩散系数由包覆前的6.70×10-14cm2·s-1提升到包覆后的1.22×10-13 cm2·s-1。综上所述，适量的LiAlO2包覆能够有效改善Li1.2Ni0.16Mn0.56Cr0.08O2层状材料的电化学性能。这归因于适量的 LiAlO2包覆能够有效减少电解液与正极材料间的直接接触，抑制在电化学循环过程中电解液对正极材料的侵蚀作用，并有助于锂离子在电极界面间的扩散。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 锂离子电池概述

1.2 锂离子电池正极材料

1.3 富锂层状固溶体正极材料研究进展

1.4 论文选题的研究意义及内容

第二章 实验试剂、仪器及方法

2.1 实验原料及仪器介绍

2.2 材料表征

2.3 扣式半电池制作

2.4 电化学性能测试

第三章 富锂层状固溶体正极材料的掺杂改性研究

3.1 引言

3.2 材料制备

3.3 Cr掺杂Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的性能研究

3.4 Co掺杂Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的性能研究

3.5 Ti掺杂Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的性能研究

3.6本章小结

第四章 富锂层状材料Li1.2Ni0.16Mn0.56Cr0.08O2包覆改性研究

4.1 引言

4.2 材料的制备

4.3 LiAlO2包覆Li1.2Ni0.16Mn0.56Cr0.08O2的性能研究

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要成果