富锂Li1+x(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2+x/2和锰基正极材料Li(Li1/3-2x/3NixMn2/3-x/3)O2的制备与性能

论文摘要

富锂正极材料具有比容量高,结构稳定,造价低廉,污染小等特点,近年来受到广泛的关注。本论文主要研究了富锂三元正极材料Li1+x[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2+x/2 （x=0.2,0.4,0.6）与富锂锰基镍锰正极材料Li[Li1/3-2x/3NixMn2/3-x/3]O2 （x=0.125,0.2,0.35,0.5）的实验室合成以及它们的电性能。采用碳酸盐共沉淀法合成了三元材料前驱体,并研究了合成条件对合成的前驱体形貌及振实密度的影响,确定了最优化合成条件:pH = 8,过渡金属离子浓度2 mol·L-1 ,反应时间12 13 h。在此研究的基础上,合成了富锂三元正极材料Li1+x[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2+x/2（x=0.2,0.4,0.6）。通过扫描电镜（SEM）,X衍射（XRD）分析研究了它们的形貌与结构,通过电性能测试仪检测了它们的充放电性能。采用硝酸盐法合成的富锂锰基镍锰正极材料Li[Li1/3-2x/3NixMn2/3-x/3]O2（x=0.125,0.2,0.35,0.5）制成AA电池,在电性能测试仪上进行充放电测试发现:在2.04.6 V ,0.2 C,25℃条件下当x = 0.2时合成的正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2表现出较好的比容量与循环性能:初始放电比容量为220 mAh·g-1 ,经过50次循环后,放电比容量仍然可以保持在157 mAh·g-1。对于电化学性能表现较好的Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料,分别研究了不同锂配比（锂比为0.97,1.00,1.03,1.06）以及不同烧成温度（760℃,860℃,950℃）对材料性能的影响。研究表明:锂比为1.03 ,在760℃条件下合成的Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料表现出较为优异的电性能。最后,研究了通过碳酸盐共沉淀法合成富锂锰基镍锰正极材料Li[Li1/3-2x/3NixMn2/3-x/3]O2 （x=0.125,0.2,0.35,0.5）。并通过扫描电镜（SEM）,X衍射（XRD）检测了材料的形貌及结构。测试了它们的电化学性能。研究表明当x = 0.2时合成的正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2表现出较好的充放电性能与循环性能:初始放电比容量为243 mAh·g-1 ,经过20次循环后,放电比容量仍然可以保持在182 mAh·g-1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 锂离子电池的原理及现状
• 1.2.1 锂离子电池的构造与工作原理
• 1.2.2 锂离子电池特点
• 1.2.3 锂离子电池的发展现状
• 1.3 锂离子电池正极材料
• 2 , LiNiO₂ , LiMnO₂'>1.3.1 层状 LiCoO₂ , LiNiO₂ , LiMnO₂
• 1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂及Li_1+x[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O_2+x/2'>1.3.2 Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂及Li_1+x[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O_2+x/2
• 1/3-2x/3Ni_xMn_2/3-x/3]O₂'>1.3.3 Li[Li_1/3-2x/3Ni_xMn_2/3-x/3]O₂
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 实验方法及原理
• 2.1 引言
• 2.2 碳酸盐共沉淀法工艺流程
• 2.2.1 前驱体合成
• 2.2.2 高温烧成流程
• 2.3 硝酸盐合成正极材料流程
• 2.4 AA 电池制作设备与组装
• 2.4.1 设备
• 2.4.2 AA 电池的组装
• 2.5 实验测试仪器
• 2.5.1 正极材料测试仪器
• 2.5.2 电性能测试仪器
• 1+x[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O_2+x/2研究'>第三章 碳酸盐共沉淀法合成 Li_1+x[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O_2+x/2研究
• 3.1 引言
• 3.2 前驱体合成研究
• 3.2.1 碳酸盐前驱体的工艺合成
• 3.3 正极材料高温合成研究
• 3.3.1 热处理研究
• 3.3.2 烧成制度的确定
• 3.4 正极材料晶体结构与电性能测试
• 3.4.1 正极材料晶体结构对比分析
• 3.4.2 正极材料电性能测试
• 1+x[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O_2+x/2 与L333 正极材料性能对比'>3.5 Li_1+x[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O_2+x/2 与L333 正极材料性能对比
• 3.6 小结
• 1/3-2x/3Ni_xMn_2/3-x/3]O₂ 研究'>第四章 硝酸盐合成Li[Li_1/3-2x/3Ni_xMn_2/3-x/3]O₂研究
• 4.1 合成流程
• 4.2 高温合成研究
• 4.2.1 差热-热重分析
• 4.2.2 烧成制度
• 4.3 正极材料结构分析
• 4.4 正极材料电性能测试
• 0.2Ni_0.2Mn_0.6]O₂ 合成研究'>4.5 Li[Li_0.2Ni_0.2Mn_0.6]O₂合成研究
• 0.2Ni_0.2Mn_0.6]O₂ 的电性能研究'>4.5.1 不同锂比对Li[Li_0.2Ni_0.2Mn_0.6]O₂的电性能研究
• 0.2Ni_0.2Mn_0.6]O₂ 电性能的研究'>4.5.2 不同烧结温度对Li[Li_0.2Ni_0.2Mn_0.6]O₂电性能的研究
• 4.6 小结
• 1/3-2x/3Ni_xMn_2/3-x/3]O₂研究'>第五章 碳酸盐共沉淀法合成Li[Li_1/3-2x/3Ni_xMn_2/3-x/3]O₂研究
• 5.1 引言
• 5.2 前驱体的合成研究
• 5.3 高温合成研究
• 5.3.1 差热-热重分析
• 5.3.2 烧成制度
• 5.4 正极材料晶体结构分析
• 5.5 正极材料电性能测试
• 5.6 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果