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锂离子电池正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2和LiNiVO4的合成与表征

2020-11-29阅读(684)

锂离子电池正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2和LiNiVO4的合成与表征

论文摘要

在人类社会更加重视节能、环保的今天,锂离子电池正在扮演着越来越重要的角色。我们从实际应用角度出发,分别选取4V和5V锂离子电池正极材料中具有一定发展前景的两种材料入手,对其制备条件、结构特点、物理性质及电化学性能进行了系统的研究。对于4V正极材料,我们以层状镍锰基正极材料LiNixMnyM1-x-yO2（M=Li,Co,Cr）为出发点,通过对其结构和电化学性能进行对比分析,最终选取层状LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料为重点研究对象。采用各种测试方法对其进行深入研究。建立起材料结构与电化学性能之间的联系,从本质上揭示出影响材料电化学性能的因素,探索提高和改善其电化学性能的有效方法。对于5V正极材料,我们选取反尖晶石结构的LiNiVO4材料为研究对象。对其晶体结构、元素价态和磁学性质进行表征,并通过XRD和Raman光谱研究了锂离子脱出过程中,材料晶体结构的长程有序和短程局域结构的变化。采用纳米级的Al2O3对LiNiVO4材料进行表面包覆处理,以此改善材料的颗粒形貌,提高电化学循环性能。此外,通过对锂离子电池体系中电极过程动力学的研究来揭示电极材料的储锂机理。分析该过程中的动力学速率控制步骤,结合材料自身晶体结构特点,研究充放电过程中电池内阻增大的原因,探索解决方案。

论文目录

  • 内容提要
  • 第一章 绪论
  • 1.1 锂离子电池的发展历史及现状
  • 1.2 锂离子电池的结构、原理和主要特点
  • 1.3 锂离子电池正极材料的研究进展
  • 1.3.1 Li-Co-O 系正极材料
  • 1.3.2 Li-Ni-O 系正极材料
  • 1.3.3 Li-Mn-O 系正极材料
  • 1.3.4 Li-Ni-Mn-O 系正极材料
  • 1.3.5 聚阴离子系正极材料
  • 1.3.6 其它类正极材料
  • 1.4 锂离子电池的展望
  • 1.5 本论文的选题意义与研究内容
  • 参考文献
  • xMnyM1-x-yO2（M=Li,Co,Cr）材料的合成、研究方法及电化学性能测试'>第二章 LiNixMnyM1-x-yO2（M=Li,Co,Cr）材料的合成、研究方法及电化学性能测试
  • xMnyM1-x-yO2 材料的提出'>2.1 LiNixMnyM1-x-yO2材料的提出
  • 2.2 材料合成
  • 2.3 研究方法
  • 2.3.1 差热与热重（TGA/DTA）分析
  • 2.3.2 X 射线衍射（XRD）分析
  • 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）及（EDX）分析.
  • 2.3.4 ICP 分析
  • 2.3.5 X 射线光电子能谱（XPS）分析
  • 2.3.6 Raman 及FTIR 光谱分析
  • 2.3.7 磁性分析
  • 2.3.8 恒电流充/放电性能测试
  • 2.3.9 循环伏安（CV）测试
  • 2.3.10 交流阻抗测试
  • xMnyM1-x-yO2（M=Li,Co,Cr）材料的结构与电化学性能..'>2.4 LiNixMnyM1-x-yO2（M=Li,Co,Cr）材料的结构与电化学性能..
  • 2.4.1 材料的晶体结构
  • 2.4.2 电化学性能比较
  • 本章小结
  • 参考文献
  • 1/3Mn1/3Co1/3O2材料的合成与表征'>第三章 LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料的合成与表征
  • 3.1 材料的制备及形貌分析
  • 3.1.1 前驱体制备
  • 3.1.2 TGA/DTA 分析
  • 3.1.3 合成温度对材料结构和颗粒形貌的影响
  • 3.1.4 元素分析
  • 3.2 材料结构表征
  • 3.2.1 晶体结构研究
  • +/Ni2+混排'>3.2.2 XRD 数据精修研究Li+/Ni2+混排
  • 3.2.3 Raman 和FTIR 光谱研究材料局域结构变化
  • 3.3 金属传导层元素价态研究
  • 3.4 材料电化学性能表征
  • 3.4.1 不同烧结温度下制备材料恒流充放电性能比较
  • 3.4.2 900℃ 样品储锂性能分析（循环伏安测试）
  • 3.4.3 材料不同倍率放电循环性能分析
  • 本章小结
  • 参考文献
  • 4的合成及表征'>第四章 5V 正极材料LiNiVO4的合成及表征
  • 4.1 材料合成
  • 4.2 材料表征
  • 4.2.1 XRD 研究
  • 4.2.2 形貌分析（SEM）
  • 4.2.3 Raman 及FTIR 光谱研究
  • 4.2.4 XPS 分析
  • 4.2.5 磁性研究
  • +离子脱出过程的晶体结构研究'>4.3 Li+离子脱出过程的晶体结构研究
  • 2O3包覆LiNiVO4 材料的形貌及电化学研究'>4.4 Al2O3包覆LiNiVO4材料的形貌及电化学研究
  • 4.4.1 材料制备
  • 4.4.2 XRD 研究
  • 4.4.3 SEM 分析
  • 4.4.4 电化学研究
  • 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 电极过程动力学行为研究
  • 5.1 原理及研究方法
  • 5.1.1 锂离子电池中电极过程的特殊性
  • 5.1.2 锂离子脱嵌过程的一般性描述与动力学速率控制步骤
  • 5.1.3 电极过程动力学的研究方法
  • 1/3Mn1/3Co1/3O2 材料的动力学行为研究'>5.2 LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料的动力学行为研究
  • 5.2.1 电极在开路电压时的EIS 研究
  • 5.2.2 电极在首次充电到4.6V 时的EIS 研究
  • 5.2.3 电极在不同循环次数后的EIS 研究
  • +首次从电极材料中脱出过程的动力学行为研究'>5.2.4 Li+首次从电极材料中脱出过程的动力学行为研究
  • 5.2.5 50 次循环后,Li+从电极材料中脱出过程的动力学行为研究
  • 4 材料的电极过程动力学研究'>5.3 LiNiVO4材料的电极过程动力学研究
  • 本章小结
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间已发表和待发表的学术论文
  • 摘要
  • Abstract
  • 致谢

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