本文主要研究内容
作者赵瑞（2019）在《快离子导体材料对高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的表面改性研究》一文中研究指出：锂离子电池由于具有高能量密度、长循环寿命、良好的安全性能及环境友好等特点成为目前商业化应用最广泛的小型智能化设备能量储存部件之一,正在快速的向新能源动力汽车及大型储能设备方向发展。并且在过去的25年间,锂离子电池的快速发展及其在便携式电子产品上的商业应用是有目共睹的。如今,其作为动力汽车和电网规模存储的支持技术,在可持续新能源发展领域的重要性不言而喻。分析对比锂电池技术发展现状发现,除了安全性和循环寿命仍有欠缺外,能量密度的进一步提高依然是研究的核心。在负极材料不断接近锂金属工作电压的情况下,重点改善正极材料工作电压可有效地实现提高能量密度的目的。这其中以LiNi0.5Mn1.5O4为代表的尖晶石结构正极材料因具有高工作电压（4.7 V）、高能量密度(650 Wh kg-1)、优越的倍率性能以及低廉的成本等特点受到广泛关注。然而,高电压正极材料在表现出高工作电压平台优势的同时,往往也伴随着更为显著的表面副反应。特别是在长时间的电化学循环过程中,电极材料表面破坏程度不断加深,结构退化显著,在大量损失电化学性能的同时甚至导致严重的安全隐患。研究发现,其主要原因是锂离子电池正极材料在高电压工作环境下表面化学反应加剧,与电解液发生氧化分解带来不可逆的表面结构变化、过渡金属溶出等。面对以上问题,现有的技术一般通过表面包覆或体相掺杂两种手段稳定体相及表面结构,缓解过度的副反应发生,实现电化学稳定性、电池安全性的全面提升。而实现全固态锂离子电池是下一代锂电池的一个重要发展方向。固态电解质与液态电解液相比更加安全,并且使锂金属或含锂化合物直接作为负极材料成为可能。但是,由于固态电解质与电极之间的接触性差等问题使得全固态电池仍处于研究探索阶段。有鉴于此,利用LiNi0.5Mn1.5O4材料的三维锂离子传输通道带来的快速传输效果,我们设计将快离子导体材料作为修饰层直接包覆在颗粒表面,在对活性材料进行表面改性的同时也为解决固态电解质与电极材料之间的界面兼容性问题提供一种有效可行的思路。本论文做了相关的研究工作,具体内容如下:采用湿化学法将快离子导体材料Li2ZrO3包覆于LiNi0.5Mn1.5O4材料表面。通过大量的实验结果测试证明表面修饰改性并没有对材料体相结构造成影响,只是在表面形成均匀的岛状（中心结晶外围无定型）包覆物。室温及55oC情况下的电化学表征结果说明,包覆后材料具备更加优越的电化学特性,如长循环稳定性,倍率特性,高温下的稳定性等,同时提高了离子传输动力学特能,减小极化。为了探究其内在作用机理,也进行了老化实验,研究结果表明,在材料表面进行修饰改性可以避免电解液与活性材料表面的接触反应,从而避免表面剧烈的氧化还原反应造成的不可逆相变等。并且特殊的Li2ZrO3形貌可以有效提高锂离子在界面的传输动力学的同时缓解脱嵌过程中造成的包覆物剥离问题,使包覆层可以在长循环过程中发挥作用。Li2ZrO3包覆虽然改善了材料的一系列性能,但岛状包覆使活性材料表面依然有部分裸露区域遭受电解液的腐蚀,因此我们尝试选择快离子导体LiVO3作为包覆材料修饰于LiNi0.5Mn1.5O4表面以实现全覆盖包覆层。由于LiNi0.5Mn1.5O4材料无序相结构中存在氧缺陷,结合LiVO3材料制备的条件,在外表面包覆的同时完成V元素在LiNi0.5Mn1.5O4表面晶格中的扩散。通过对包覆前后的样品进行电化学测试发现0.5 wt.%LiVO3为最佳修饰量,相较于原始样品具有更好的稳定性。XRD数据及精修结果显示,V元素扩散入体相结构,使晶格参数增大,实现了包覆掺杂双修饰效果。老化试验结果证明,表面修饰缓解了表面副反应的发生,有效减少了过渡金属的溶出,稳定了界面结构,然而在长循环稳定性方面并没有达到理想效果。在第二部分工作的基础上,考虑加入（PO4）3-以提高稳定性,因此将Li3V2（PO4）3作为修饰材料去改性研究LiNi0.5Mn1.5O4。物理测试结果表明,表面均匀覆盖一层无定型Li3V2（PO4）3层,经过精修对比发现晶格参数随着包覆量的增加呈线性增长,并且有V离子梯度扩散入材料的表面晶格从而达到钉扎固定的作用。一系列的电化学测试显示这种包覆-掺杂一体化表面修饰改性在室温和高温状态下都具有优越的长循环稳定性,倍率性能。通过化学及电化学老化试验我们发现,一体化修能够明显的缓解过渡金属的溶出,缓解表面副反应的发生,稳定表/界面结构,并且在界面处形成含V离子的固溶体层从而增强包覆层与活性材料之间的锂离子传输性能。
Abstract
li li zi dian chi you yu ju you gao neng liang mi du 、chang xun huan shou ming 、liang hao de an quan xing neng ji huan jing you hao deng te dian cheng wei mu qian shang ye hua ying yong zui an fan de xiao xing zhi neng hua she bei neng liang chu cun bu jian zhi yi ,zheng zai kuai su de xiang xin neng yuan dong li qi che ji da xing chu neng she bei fang xiang fa zhan 。bing ju zai guo qu de 25nian jian ,li li zi dian chi de kuai su fa zhan ji ji zai bian xie shi dian zi chan pin shang de shang ye ying yong shi you mu gong du de 。ru jin ,ji zuo wei dong li qi che he dian wang gui mo cun chu de zhi chi ji shu ,zai ke chi xu xin neng yuan fa zhan ling yu de chong yao xing bu yan er yu 。fen xi dui bi li dian chi ji shu fa zhan xian zhuang fa xian ,chu le an quan xing he xun huan shou ming reng you qian que wai ,neng liang mi du de jin yi bu di gao yi ran shi yan jiu de he xin 。zai fu ji cai liao bu duan jie jin li jin shu gong zuo dian ya de qing kuang xia ,chong dian gai shan zheng ji cai liao gong zuo dian ya ke you xiao de shi xian di gao neng liang mi du de mu de 。zhe ji zhong yi LiNi0.5Mn1.5O4wei dai biao de jian jing dan jie gou zheng ji cai liao yin ju you gao gong zuo dian ya （4.7 V）、gao neng liang mi du (650 Wh kg-1)、you yue de bei lv xing neng yi ji di lian de cheng ben deng te dian shou dao an fan guan zhu 。ran er ,gao dian ya zheng ji cai liao zai biao xian chu gao gong zuo dian ya ping tai you shi de tong shi ,wang wang ye ban sui zhao geng wei xian zhe de biao mian fu fan ying 。te bie shi zai chang shi jian de dian hua xue xun huan guo cheng zhong ,dian ji cai liao biao mian po huai cheng du bu duan jia shen ,jie gou tui hua xian zhe ,zai da liang sun shi dian hua xue xing neng de tong shi shen zhi dao zhi yan chong de an quan yin huan 。yan jiu fa xian ,ji zhu yao yuan yin shi li li zi dian chi zheng ji cai liao zai gao dian ya gong zuo huan jing xia biao mian hua xue fan ying jia ju ,yu dian jie ye fa sheng yang hua fen jie dai lai bu ke ni de biao mian jie gou bian hua 、guo du jin shu rong chu deng 。mian dui yi shang wen ti ,xian you de ji shu yi ban tong guo biao mian bao fu huo ti xiang can za liang chong shou duan wen ding ti xiang ji biao mian jie gou ,huan jie guo du de fu fan ying fa sheng ,shi xian dian hua xue wen ding xing 、dian chi an quan xing de quan mian di sheng 。er shi xian quan gu tai li li zi dian chi shi xia yi dai li dian chi de yi ge chong yao fa zhan fang xiang 。gu tai dian jie zhi yu ye tai dian jie ye xiang bi geng jia an quan ,bing ju shi li jin shu huo han li hua ge wu zhi jie zuo wei fu ji cai liao cheng wei ke neng 。dan shi ,you yu gu tai dian jie zhi yu dian ji zhi jian de jie chu xing cha deng wen ti shi de quan gu tai dian chi reng chu yu yan jiu tan suo jie duan 。you jian yu ci ,li yong LiNi0.5Mn1.5O4cai liao de san wei li li zi chuan shu tong dao dai lai de kuai su chuan shu xiao guo ,wo men she ji jiang kuai li zi dao ti cai liao zuo wei xiu shi ceng zhi jie bao fu zai ke li biao mian ,zai dui huo xing cai liao jin hang biao mian gai xing de tong shi ye wei jie jue gu tai dian jie zhi yu dian ji cai liao zhi jian de jie mian jian rong xing wen ti di gong yi chong you xiao ke hang de sai lu 。ben lun wen zuo le xiang guan de yan jiu gong zuo ,ju ti nei rong ru xia :cai yong shi hua xue fa jiang kuai li zi dao ti cai liao Li2ZrO3bao fu yu LiNi0.5Mn1.5O4cai liao biao mian 。tong guo da liang de shi yan jie guo ce shi zheng ming biao mian xiu shi gai xing bing mei you dui cai liao ti xiang jie gou zao cheng ying xiang ,zhi shi zai biao mian xing cheng jun yun de dao zhuang （zhong xin jie jing wai wei mo ding xing ）bao fu wu 。shi wen ji 55oCqing kuang xia de dian hua xue biao zheng jie guo shui ming ,bao fu hou cai liao ju bei geng jia you yue de dian hua xue te xing ,ru chang xun huan wen ding xing ,bei lv te xing ,gao wen xia de wen ding xing deng ,tong shi di gao le li zi chuan shu dong li xue te neng ,jian xiao ji hua 。wei le tan jiu ji nei zai zuo yong ji li ,ye jin hang le lao hua shi yan ,yan jiu jie guo biao ming ,zai cai liao biao mian jin hang xiu shi gai xing ke yi bi mian dian jie ye yu huo xing cai liao biao mian de jie chu fan ying ,cong er bi mian biao mian ju lie de yang hua hai yuan fan ying zao cheng de bu ke ni xiang bian deng 。bing ju te shu de Li2ZrO3xing mao ke yi you xiao di gao li li zi zai jie mian de chuan shu dong li xue de tong shi huan jie tuo qian guo cheng zhong zao cheng de bao fu wu bao li wen ti ,shi bao fu ceng ke yi zai chang xun huan guo cheng zhong fa hui zuo yong 。Li2ZrO3bao fu sui ran gai shan le cai liao de yi ji lie xing neng ,dan dao zhuang bao fu shi huo xing cai liao biao mian yi ran you bu fen luo lou ou yu zao shou dian jie ye de fu shi ,yin ci wo men chang shi shua ze kuai li zi dao ti LiVO3zuo wei bao fu cai liao xiu shi yu LiNi0.5Mn1.5O4biao mian yi shi xian quan fu gai bao fu ceng 。you yu LiNi0.5Mn1.5O4cai liao mo xu xiang jie gou zhong cun zai yang que xian ,jie ge LiVO3cai liao zhi bei de tiao jian ,zai wai biao mian bao fu de tong shi wan cheng Vyuan su zai LiNi0.5Mn1.5O4biao mian jing ge zhong de kuo san 。tong guo dui bao fu qian hou de yang pin jin hang dian hua xue ce shi fa xian 0.5 wt.%LiVO3wei zui jia xiu shi liang ,xiang jiao yu yuan shi yang pin ju you geng hao de wen ding xing 。XRDshu ju ji jing xiu jie guo xian shi ,Vyuan su kuo san ru ti xiang jie gou ,shi jing ge can shu zeng da ,shi xian le bao fu can za shuang xiu shi xiao guo 。lao hua shi yan jie guo zheng ming ,biao mian xiu shi huan jie le biao mian fu fan ying de fa sheng ,you xiao jian shao le guo du jin shu de rong chu ,wen ding le jie mian jie gou ,ran er zai chang xun huan wen ding xing fang mian bing mei you da dao li xiang xiao guo 。zai di er bu fen gong zuo de ji chu shang ,kao lv jia ru （PO4）3-yi di gao wen ding xing ,yin ci jiang Li3V2（PO4）3zuo wei xiu shi cai liao qu gai xing yan jiu LiNi0.5Mn1.5O4。wu li ce shi jie guo biao ming ,biao mian jun yun fu gai yi ceng mo ding xing Li3V2（PO4）3ceng ,jing guo jing xiu dui bi fa xian jing ge can shu sui zhao bao fu liang de zeng jia cheng xian xing zeng chang ,bing ju you Vli zi ti du kuo san ru cai liao de biao mian jing ge cong er da dao ding za gu ding de zuo yong 。yi ji lie de dian hua xue ce shi xian shi zhe chong bao fu -can za yi ti hua biao mian xiu shi gai xing zai shi wen he gao wen zhuang tai xia dou ju you you yue de chang xun huan wen ding xing ,bei lv xing neng 。tong guo hua xue ji dian hua xue lao hua shi yan wo men fa xian ,yi ti hua xiu neng gou ming xian de huan jie guo du jin shu de rong chu ,huan jie biao mian fu fan ying de fa sheng ,wen ding biao /jie mian jie gou ,bing ju zai jie mian chu xing cheng han Vli zi de gu rong ti ceng cong er zeng jiang bao fu ceng yu huo xing cai liao zhi jian de li li zi chuan shu xing neng 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自河南大学的赵瑞，发表于刊物河南大学2019-09-20论文，是一篇关于锂电池论文,高电压正极材料论文,快离子导体论文,一体化表面修饰论文,机理分析论文,河南大学2019-09-20论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自河南大学2019-09-20论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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