富锂正极材料Li[Li(1-x)/3Ni2x/3Mn(2-x)/3]O2和Li[Li(1-x)/3NixMn(2-2x)/3]O2的制备与性能研究

摘要

富锂正极材料已成为近几年锂离子电池正极材料的研究热点之一,由于具有高比容量、高能量和高平台电压性能备受人们的关注。本论文分别以2.5价和3价Ni为活性物质,以Mn4+来增强材料结构,通过共沉淀法合成前驱体和高温固相反应实现Ni、Mn的固溶合成镍基正极材料 Li[Li(1-x)/3Ni2x/3Mn(2-x)/3]O2{是(1-x)Li[Li1/3Mn2/3]O2·x{1/2LiNiO2·Li[Ni1/2Mn1/2]O2}的简写,其中x=0.4,0.5,0.6,0.7}和Li[Li(1-x)/3NixMn(2-2x)/3]O2{是(1-x)Li[Li1/3Mn2/3]O2·xLiNiO2的简写,其中x=0.4,0.5,0.6,0.7},研究了两种的不同x取值正极材料的最佳烧成制度、以及Al掺杂正极材料的影响。通过粒度分析、XRD(X衍射)、SEM(扫描电镜)、XPS(光电子能谱)及电化学性能测试等手段系统的研究样品材料的粒径分布、晶体结构、微观形貌、化合物电子价态和电化学性能。
　　研究表明,两种正极材料前躯体合成合理的工艺条件为:水浴温度50℃,反应体系pH值为10.5,搅拌转速为300rad/min。
　　Li[Li(1-x)/3Ni2x/3Mn(2-x)/3]O2(其中x=0.4,0.5,0.6,0.7)的合成条件是:在流动空气下,分别在700℃保温4h后和750℃保温14h。当x=0.6和x=0.7时,即材料具有更高的放电容量,其初始放电比容量分别为153.4 mAh/g和148.9mAh/g,经100次循环后容量衰减为144 mAh/g和128.8 mAh/g。通过对以上材料进行Al3+掺杂实验,Al掺杂量0.04(质量分数)时,其初始放电比容量分别为139.1mAh/g和130 mAh/g,经200次循环容量保持率分别为94.9％和96.0%。虽然Al的加入使初始容量有所下降,但改善了循环性能,降低了不可逆容量。可以认为掺杂一定量的Al能够进一步增强材料结构的稳定性。
　　Li[Li(1-x)/3NixMn(2-2x)/3]O2(x=0.4,0.5,0.6,0.7)的最佳烧成制度为:700℃保温4h后,750℃保温14h。当x=0.6时,材料Li1.333Mn0.267Ni0.6O2循环性能较好。在循环100次和200次后,放电比容量分别为120.7mAh/g和108.8 mAh/g和,容量保持率分别为96.32%和86.8%。通过对材料Al掺杂研究,得到掺杂量在Al=0.02时循环性能最佳,它的初始放电比容量为120.7mAh/g,在循环100次后容量上升为122.7mAh/g,经200次以后的容量保持率92.1%。研究表明:一定量的Al的加入能够稳定材料的结构,减少材料在充放电过程中的极化程度,增强材料的导电性。

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第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 锂离子电池的组成及工作原理

1.3 锂离子电池的特点和应用

1.5 Li2MnO3固溶体系正极材料研究进展

1.6 层状富锂材料存在的问题和展望

1.7 本课题研究的内容和意义

第二章 富锂镍基正极材料的制备及表征

2.1 Li[Li(1-x)/3Ni2x/3Mn(2-x)/3]O2(x=0.4，0.5，0.6，0.7)的制备

2.2 Li[Li(1-x)/3NixMn(2-2x)/3]O2 (x=0.4，0.5，0.6，0.7)的制备

2.3 AA电池的装配工艺

2.4 正极材料的结构性能测试与分析

第三章 Li[Li(1-x)/3Ni2x/3Mn(2-x)/3]O2(x=0.4，0.5，0.6，0.7)的制备及性能表征

3.1 前躯体合成条件的优化

3.2 Li[Li(1-x)/3Ni2x/3Mn(2-x)/3]O2(x=0.4，0.5，0.6，0.7)的制备

3.3 Al掺杂Li[Li(1-x)/3Ni2x/3Mn(2-x)/3]O2(x=0.6，0.7)的制备

3.4 小结

第四章 Li[Li(1-x)/3NixMn(2-2x)/3]O2 (x=0.4，0.5，0.6，0.7)的制备及性能表征

4.1 前驱体的优化制备

4.2 Li[Li(1-x)/3NixMn(2-2x)/3]O2 (x=0.4，0.5，0.6，0.7)的制备

4.3 Al掺杂Li[Li(1-x)/3NixMn(2-2x)/3]O2的制备

4.4 小结

第五章 结 论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的文章

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