锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂前驱体制备工艺研究

摘要

随着近年来新能源汽车行业的飞速发展，市场对高性能动力电池的需求也越加强烈。然而大规模商业化生产的锂离子电池大多存在着缺陷，如钴酸锂电池价格昂贵，镍酸锂电池难以制备等。以镍钴铝酸锂作为正极材料的锂离子电池，同时具备容量高，稳定性良好，价格便宜等优点，具有很强的应用潜力。但现有方法制备的镍钴铝酸锂存在着产品阳离子混排严重、粒度难以控制、污染严重等问题。针对以上问题，本文对镍钴铝酸锂前驱体的生产工艺进行了改进。 本文使用安全无污染的氨三乙酸代替氨水作为络合剂，采用共沉淀法制备锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂前驱体。使用该方法制备的镍钴铝酸锂前驱体金属元素分布均匀，形貌良好，粒度可控。通过讨论络合剂加入量、反应时间、陈化过程和铝源对镍钴铝酸锂前驱体晶体结构、形貌和粒度的影响，确定了制备的最优条件。 针对共沉淀法制备的前驱体材料结晶度低的问题，本文使用了共沉淀-水热两步法来提高前驱体产品的结晶度。本文以共沉淀法制备的前驱体为原料，对前驱体进行水热处理。使用两步法制备的镍钴铝酸锂前驱体具备良好的β-Ni(OH)2型结构，并保持了共沉淀产品的颗粒形态与粒度。使用这种方法制备前驱体制成的镍钴铝酸锂，具有阳离子混排程度低，层状特性强等优势。通过讨论水热过程中添加剂对前驱体产品的影响，确定了最佳制备条件。 鉴于铝空电池作为新能源汽车动力电池发展势头非常强劲，本文也研究了金属元素Yb对铝空电池阳极材料性能的影响。

目录

第一章 绪论

1.1 锂离子电池概述

1.1.1 锂离子电池发展简述

1.1.2 锂离子电池工作机理

1.1.3 锂离子电池的突出优势与应用

1.2 锂离子电池正极材料

1.2.1 钴酸锂（LiCoO2）正极材料

1.2.2 镍酸锂（LiNiO2）正极材料

1.2.3 磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料

1.2.4 尖晶石结构锰酸锂（LiMn2O4）正极材料

1.2.5 三元正极材料

1.3 镍钴铝酸锂（LiNi0.8Co0.15Al0.05O2）正极材料

1.3.1镍钴铝酸锂正极材料充放电机理

1.3.2 镍钴铝酸锂正极材料制备方法

1.4 铝-空气电池概述

1.4.1 铝-空气电池工作原理

1.4.2 铝-空气电池性能改进

1.5新能源汽车动力电池市场现状与前景

1.5.1 市场规模划分与分析

1.5.2 锂离子电池市场区域结构分析

1.5.3我国锂离子电池行业发展现状与展望

1.6 本文的选题意义与研究内容

1.6.1 研究意义

1.6.2 本文的研究内容

第二章 共沉淀法制备镍钴铝酸锂前驱体

2.1 国内外研究进展

2.2 实验部分

2.2.1 制备镍钴铝酸锂前驱体所需实验试剂与仪器

2.2.2 共沉淀法制备镍钴铝酸锂前驱体工艺流程

2.2.3 镍钴铝酸锂正极材料前驱体工艺说明

2.2.4 镍钴铝酸锂前驱体的物化表征

2.2.5 镍钴铝酸锂正极材料的制备所需试剂与设备

2.2.6 镍钴铝酸锂正极材料制备工艺说明

2.3 实验过程及结果讨论

2.3.1 SEM-EDS表征镍钴铝酸锂前驱体形貌及元素分布

2.3.1 络合剂加入量对前驱体的影响

2.3.2 反应时间对前驱体的影响

2.3.3 陈化对前驱体的影响

2.3.4铝源对前驱体产品的影响

2.4 本章小结

第三章 两步法制备镍钴铝酸锂正极材料前驱体

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验所需药品与设备

3.2.2 实验过程

3.2.3 结果分析与讨论

3.3 本章小结

第四章 稀土元素Yb对铝-空气电池阳极材料的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料

4.2.2 铝合金的熔炼与电极制备

4.2.3 极化曲线、交流阻抗和恒电流放电的测定

4.3.1?极化曲线分析

4.3.2?利用率分析

4.3.3?交流阻抗分析

4.3.4?恒电流放电分析

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢