锂离子电池富锂三元正极材料Li1+x(NiCoMn)yO2的合成与性能研究

摘要

锂离子电池具有高电压、高比容量和高比能量等特点，因而在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等许多领域有着广阔的应用前景。然而，目前大多数商品化锂离子电池的正极材料实际比容量都低于160mAh/g，而负极材料的实际比容量能达到350mAh/g以上，正极材料已经成为影响锂离子电池发展的瓶颈。近年来，可利用比容量高达200mAh/g以上的富锂材料的出现为锂离子正极材料的发展带来希望，但是该材料存在倍率性能差、循环性能不佳等问题，而且由于该材料组成成分变化范围很大，晶体结构非常复杂，目前人们对该材料的结构及其在循环过程中的变化并无一致认可的模型，而弄清这些问题对富锂材料的结构设计起着至关重要的作用。因此，本文针对以上问题进行了探索性的研究，在理论方面致力于对不同富锂材料的结构作出进一步认识，对循环过程中的结构变化作出进一步的探索；在应用方面致力于利用石墨烯的相关特性进行改性以提高材料的倍率性能和循环性能，探索实用化的改性手段。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了共沉淀前驱体的生成过程以及前驱体在烧制过程中的结构与形貌变化。共沉淀前驱体颗粒主要成分为MnCO3，而CoCO3和NiCO3固溶在MnCO3中。前驱体在热处理升温过程中，500℃预烧后已经初步具备了富锂材料 XRD衍射峰的特点，从700℃到800℃发生了明显的晶体结构转变，在800℃已经形成了富锂材料。800℃到900℃以及随后的保温过程中，是晶格优化以及晶粒长大过程，此间 Li2MnO3的晶格结构逐渐完善，LiMO2的层状结构逐渐扩展。研究发现富锂材料的XRD图谱中，(110)和(018)峰强度的比值I110/I018的增大可作为晶格层状结构完整性的标志。⑵设计并合成了含有尖晶石相的 Li1.067Ni0.133Co0.133Mn0.667O2、Li1.1Ni0.133Co0.133Mn0.633O2和只有层状结构的 Li1.2Ni0.133Co0.133Mn0.533O2三种富锂材料，通过电池性能测试发现，随着Li含量的增加，放电比容量依次增加，放电电压平台依次升高、循环稳定性依次增强。通过结构研究发现，Li1.2Ni0.133Co0.133Mn0.533O2中的 Mn主要以 Mn4+形式存在，不含尖晶石相；另两种材料中的Mn以Mn3+和Mn4+的形式同时存在，含有尖晶石相Li4+xMn5O12（0

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 锂离子电池正极材料的研究概况

1.3 富锂锰基正极材料研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 实验材料和研究方法

2.1 材料体系选择

2.2 实验药品和实验仪器

2.3 材料合成工艺流程

2.4 材料物理性能表征

2.5 电池组装与电化学性能测试

第3章 Li1.2Ni0.133Co0.133Mn0.533O2的共沉淀法合成研究

3.1 引言

3.2 材料的组成与共沉淀过程

3.3 共沉淀前驱体结构与形貌

3.4 煅烧过程中的结晶变化

3.5 本章小结

第4章 不同锂锰比富锂三元正极材料的结构和电化学性能研究

4.1 引言

4.2 材料合成与测试

4.3 材料的结构与形貌

4.4 材料的电化学性能

4.5 本章小结

第5章 富锂三元正极材料充放电循环过程中的结构变化研究

5.1 引言

5.2 前两次充电的电化学阻抗谱研究

5.3 充放电循环过程中的晶体结构变化

5.4 本章小结

第6章 富锂三元正极材料的石墨烯改性研究

6.1 引言

6.2 利用石墨烯降低材料颗粒团聚度的研究

6.3 水溶剂体系下的石墨烯表面包覆研究

6.4 乙醇溶剂体系下的石墨烯表面包覆研究

6.5 本章小结

结论

本论文的创新点如下：

关于本论文的展望：

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

个人简历