层状正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2共沉淀合成及性能研究

摘要

近年来，随着锂离子电池的快速发展，LiCoO2其合成简单，可逆容量高，电化学性能好被广泛应用，但是由于钴元素有毒、价格昂贵和实际容量较低限制了其发展，开发新型的电极材料迫在眉睫，六方层状材料LiMxCo1-xO2具有诸多优良的电化学特性，同时由于钴元素含量的降低，材料在较大程度上降低了其成本，被认为是最有潜力取代钴酸锂的材料之一。
　　LiMxCo1-xO2是多元复合氧化物，金属离子可以为Ni、Mn、V、Al、Mg、Gr等，目前以主要以Ni、Co、Mn三种金属离子以一定的比例组合成金属氧化物。三元正极材料是由一定比例组成的三元前驱体与Li2CO3混合在空气中焙烧合成，而前驱体又以共沉淀制备方法较多，因此前驱体的制作工艺对正极材料性能的影响至关重要。
　　本论文主要通过对共沉淀反应体系中晶核的成核速率公式进行研究，分析临界形核半径的影响因素，简化晶核的形成速率公式。建立共沉淀体系反应体系，对溶液中离子浓度的变化进行热力学分析，通过计算分析绘出溶液在不同pH值、不同氨水浓度条件下溶液中可以游离的金属离子的浓度。
　　运用过饱和度理论研究了氨水浓度、盐溶液浓度、pH值等条件对前驱体形貌和振实的影响。探讨了连续氢氧化钠共沉淀法制备球形Ni(OH)2、Ni0.5Mn0.5(OH)2、Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2的工艺条件。以最佳条件制备的Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2为前驱体，通过固相反应得到LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，考察了不同比例的Li/M对Li1+xNi0.5Co0.2Mn0.3O2结构和电化学性能的影响。Li1+x[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2(x=0、0.02、0.04、0.06、0.08)材料在2.5-4.3V之间，0.1C倍率下首次放电比容量分别为157.8、161.8、160、166.6和168.8mAh/g，首次库伦效率分别为82.187％、82.847％、83.595％、85.21％和85.339％。随着锂含量的增加其首次库伦效率不断提高。Li1.08[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2材料的首次放电比容量和库伦效率最高。Li1+x[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2(x=0、0.02、0.04、0.06、0.08)材料在2.5-4.6V之间，0.1C倍率下首次放电比容量195.8、196.8、196.1、206.4和206.8mAh/g，Li/M=1.06、1.08时其在高压下容量较高，比锂含量低的材料容量要高出10mAh/g。

目录

声明

摘要

1 锂离子电池综述

1．1 概述

1．2 锂离子电池工作原理

1．3 锂离子电池正极材料

1．4 本课题的选愿意义和研究内容

2 实验方法

2．1 实验药品与仪器

2．2 共沉淀制备工艺

2．3 材料的物理表征方法

2．4 正极材料电化学性能表征

3 共沉淀热力学及成核公式分析

3．1 共沉淀反应的热力学分析

3．2 共沉淀反应成核速率公式的研究

3．3 本章小结

4 NaOH共沉淀制备前躯体

4．1 引言

4．2 连续沉淀法制备Ni(OH)2

4．3 连续沉淀法制备Ni0．5Mn0．5(OH)2

4．4 本章小结

5 Li[Ni0．5Co0．2Mn0．3]O2合成及其电化学性能研究

5．1 引言Li[Ni0．5Co0．2Mn0．5]O2合成工艺

5．2 球形[Ni0．5Co0．2Mn0．3](OH)2前驱体的制备

5．3 Li1+x[Ni0．5Co0．2Mn0．3]O2性能

5．4 本章小结

6 结论

致谢

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参考文献