全固态锂离子电池核壳结构高镍正极材料的制备及性能研究

摘要

传统的锂离子电池由于采用液态有机电解液，因而存在严重的安全隐患。全固态锂离子电池由于采用固态电解质，可以从根本上避免安全性能问题。但是全固态锂离子电池的电化学性能由于存在电解质的离子电导率较低、“界面问题”等情况使得电池仍达不到实用要求。硫化物电解质具有高离子传导率，其中最高可达2.5×10-2 S cm-1，达到甚至超过液态电解液的离子传导率水平。正极材料是影响全固态锂离子电池性能的关键因素之一，正极材料与固态电解质界面相容性差，容易形成“界面问题”。因此，为提高电池性能。在电池正极材料方面可从以下两个方向着手解决：1，开发高性能正极材料；2，改善正极/电解质界面相容性。 据文献报道，相比于其他的氧化物正极材料，LiCoO2与硫化物电解质具有较好的界面相容性。而在液态锂离子电池中，三元材料 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2具有高放电比容量。本文中根据核壳结构功能互补的原理，设计了一种核壳结构的正极材料——以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为核材料，LiCoO2为壳材料，并用于全固态锂离子电池中，期望电池的放电比容量与循环性能均得到有效提升。采用共沉淀—高温固相法合成不同核壳比例的前驱体，然后配锂烧结得到核壳结构的正极材料。组装电池后，比较电池性能，探究材料的最优核壳比，发现Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)0.9Co0.1]O2材料具有高放电比容量，首圈放电比容量达到171.2 mAh g-1，且循环性能较好。 基于上述实验的研究结果，为进一步提高电池性能，本文从正极/电解质界面方面对正极材料采用包覆手段进行改性。在正极材料与电解质之间引入一层“缓冲层”，从而改善正极材料与硫化物固体电解质的界面相容性。选取Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)0.9Co0.1]O2材料进行改性，采用溶胶—凝胶法在其表面分别包覆3wt%的Li4Ti5O12、LiNbO3“缓冲层”材料。经比较三者的电化学性能，发现包覆后材料的循环性能有所提高，证明包覆手段能有效改善电池的“界面问题”。LiNbO3相较于Li4Ti5O12具有更高的离子传导率所造，因此包覆LiNbO3材料的性能优于包覆Li4Ti5O12材料的性能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 全固态锂离子电池简介

1.2 全固态锂离子正极材料研究进展

1.3本课题研究意义及内容

第二章 实验材料、仪器及合成

2.1引言

2.2 实验药品与实验仪器

2.3 材料制备与合成

2.4 电池的制备

2.5 材料性能表征

第三章 Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-xCox]O2核壳材料的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 前驱体性能表征

3.3 正极材料的性能表征

3.4 材料的电化学性能分析

3.5 本章小结

第四章 Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)0.9Co0.1]O2材料的包覆改性研究

4.1 引言

4.2 包覆后材料性能表征

4.3 包覆后材料的电化学性能分析

4.4 本章小结

第五章 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要成果

致谢