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高镍三元正极材料单晶体的制备及其电化学性能

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变量注释表

1 绪论

1.1 前言(Introduction)

1.2.1 锂离子电池发展的发展历程

1.2.2 锂离子电池的组成

1.2.3 锂离子电池的工作原理和主要特点

1.3锂离子电池正极材料(Cathode material of lithium-ion battery)

1.3.1 尖晶石型结构LiMn2O4

1.3.2 橄榄石型结构LiFePO4

1.3.3 层状结构LiMO2和LiNixCo1-x-yMnyO2

1.4 锂离子电池正极材料层状氧化物LiNixCo1-x-yMnyO2的研究进展(Research progress of layered oxide LiNixCo1-x-yMnyO2 as cathode material for lithium ion battery)

1.4.1 正极材料层状氧化物LiNixCo1-x-yMnyO2特点

1.4.2 正极材料层状氧化物LiNixCo1-x-yMnyO2的合成方法

1.4.3 正极材料层状氧化物LiNixCo1-x-yMnyO2目前的主要问题

1.4.4 正极材料层状氧化物LiNixCo1-x-yMnyO2的改性

1.5本文的主要研究内容(Contents of the Thesis)

2 实验仪器与测试方法

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.2.1 X射线衍射分析(XRD)

2.2.2 场发射扫描电子显微镜(SEM)

2.2.3 能量色散谱仪(EDS)

2.2.4 激光粒度分析仪能量色散谱仪(DLS)

2.3.1 电极片的制备及电池的组装

2.3.2 电化学性能测试

3 三元正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2制备与性能研究

3.1 引言(Introduction)

3.3不同煅烧方式的结果与讨论(Results and Discussions of Different Calcination Methods)

3.3.1 XRD结构分析

3.3.2 SEM形貌分析

3.3.3 电化学测试分析

3.4熔盐煅烧温度的结果与讨论(Results and Discussions of Molten salt Calcination Temperature)

3.4.1 XRD结构分析

3.4.2 SEM形貌分析

3.4.3 电化学测试分析

3.5 本章小结(Summary)

4 三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2单晶体的制备与性能研究

4.1 引言(Introduction)

4.2LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2样品合成(Materials Preparation)

4.3不同煅烧气氛的结果与讨论(Results and Discussions of different calcination atmospheres)

4.3.1 XRD结构分析

4.3.2 SEM形貌分析

4.3.3 电化学测试分析

4.4 本章小结(Summary)

5 掺K制备三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2单晶体的性能研究

5.1 引言(Introduction)

5.2 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 和 Li0.9K0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2 样品合成(Materials Preparation)

5.3结果与讨论(Results and Discussions)

5.3.1 XRD结构分析

5.3.2 表面形貌分析

5.3.3 电化学测试分析

5.4 本章小结(Summary)

6 结论

参考文献

作者简历

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摘要

层状镍钴锰复合正极材料是近年来开发的一类锂离子电池正极材料,其中,层状三元正极材料(如LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)具有成本低、放电容量大、环保等优点,是目前最具有发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2由于其比流行的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有更高的容量优势而备受关注。 由于新能源汽车产量的快速增长、钴价格上涨以及国家政策向着高能量密度倾斜等原因,带动了高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电池的的需求。但对于高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料而言,由于锂位上的镍对锂离子扩散的阻碍,以及由于电解质和电极之间的副反应导致的晶体结构不稳定,从而引起材料倍率性能较和循环稳定性能的变差。通过掺杂可以很好的提高材料的循环性能和倍率性能。 针对上述问题,本文分别采用高温固相直接烧结法和熔盐煅烧法制备出不同形貌的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,同时对其进行系统的性能测试,在此基础上探讨熔盐煅烧法适宜的煅烧温度。本文又研究了采用熔盐煅烧法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料,考察在不同煅烧氛围和钾的掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料结构和形貌、性能的影响,具体研究内容如下: 1.采用共沉淀制备前驱体样品Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2,高温固相直接烧结法得到了523-S1材料,该材料是由纳米级一次颗粒组成的形状规则的球形二次颗粒;熔盐煅烧法得到的523-S2材料,是由颗粒表面光滑平整、晶型完整度高的单晶颗粒组成。523-S2材料在变倍率循环中显示了较好的倍率性能。采用熔盐煅烧法制备LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2,考察不同煅烧温度对形貌与性能的影响。结果发现:当高温煅烧温度增至850℃时制备的523-850℃材料颗粒表面光滑平整,形貌规整,晶型完整性高,分散性较好,粒度分布更加均匀,无明显的团聚现象。0.1C放电时,523-850℃材料具有最高的首圈放电比容量为142.3mAh g-1,在70个循环后放电比电容量为137.0mAh g-1,容量保持率为96.3%,表现了良好的电化学性能。 2.探究不同煅烧氛围对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料性能的影响,结果表明:811-O2材料0.1C放电、电压范围2.8-4.3V时首圈放电比容量为161.1mAh g-1,当上截止电压升高至4.6V时,首圈放电比容量为184.0mAh g-1,有明显的增加。2C倍率放电时,811-O2材料首圈的放电比容量为122.9mAh g-1,在经过100圈循环后放电比容量为118.6mAh g-1,容量保持率为96.5%,远高于811-Air材料的容量保持率73.3%。 3.采用球磨-熔盐煅烧法,在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2中引入离子半径较大的K+,成功地合成了Li0.9K0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2材料,研究了钾的掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的结构和电化学性能的影响。发现钾的掺杂有利于提高电池的首圈放电比容量,Li0.9K0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1O2材料在第一个周期的放电比容量为170.0mAh g-1,在随后的100个循环后保持为168.8mAh g-1,容量保持率达到99.3%。

著录项

  • 作者

    徐婷婷;

  • 作者单位

    中国矿业大学;

    中国矿业大学(江苏);

  • 授予单位 中国矿业大学;中国矿业大学(江苏);
  • 学科 材料工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 尹凡,毛焕宇;
  • 年度 2019
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 金属学与热处理;
  • 关键词

    高镍; 正极材料; 单晶体; 制备;

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