层状正极材料LiCoO2的改性研究

论文摘要

本文在研究LiCoO2的基础上，对LiCoO2材料进行了单种金属离子掺杂和多元素掺杂；并对正极材料进行了表面包覆改性。本实验通过溶胶-凝胶法合成一系列不同铝含量的LiCo1-xAlxO2及复合掺杂的正极材料LiCo0.7Al0.3-xMgxO2，并通过XRD物相分析和充放电测试，对其晶体结构及电化学性能进行了分析。结果表明，LiCo1-xAlxO2中Al3+取代了Co3+形成固溶体后，其晶体结构未发生变化。LiCo1-xAlxO2初始放电比容量达131.2mAh·g-1，而且LiCo1-xAlxO2比LiCoO2有更高的充电电位，但是比容量衰减较明显，随着循环次数的增加，循环效率有明显降低。其中以Al掺杂量为0.1时性能最好，首次放电比容量为125.71mAh·g-1，循环30次后放电比容量为109.20mAh·g-1，容量保持率为86.03％。正极材料LiCo0.7Al0.3-xMgxO2均为α-NaFeO2型层状结构，形貌近似为球型，且颗粒分布均匀。掺杂Mg后的材料充电电压略有降低，电阻明显减小，充放电循环性能得到显著改善。其中Mg掺杂量为0.05时性能最好，首次放电容量为122.10mAh·g-1，30次循环后容量保持率为95.03％。本实验还对LiCoO2和LiCo0.7Al0.3O2材料进行了MgO包覆的改性研究。用制得的材料与MgSO4和NH3·H2O通过化学共沉淀法制得包覆有MgO的正极材料。通过对电池进行各种性能的测试，可以发现包覆后，正极材料的结构没有发生变化，它的循环性能和充放电可逆性得到提高，同时材料的充电电压也得到了提高。所制备的MgO-LiCo0.7Al0.3O2正极材料中以包覆量为1.0％左右时性能最好，首次放电容量为120.17mAh·g-1，30次循环后容量保持率为89.3％。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 锂离子电池的发展过程
• 1.1.1 锂离子电池的产生
• 1.1.2 锂离子电池负极材料
• 1.1.3 电解质和隔膜
• 1.1.4 电解液
• 1.1.5 锂离子电池正极材料
• 1.2 锂离子电池的现状及发展前景
• 1.3 基本原理
• 1.4 选题意义与研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 实验方法与原理
• 2.1 实验电池的组装
• 2.1.1 电池正极的制备
• 2.1.2 电池负极的制备
• 2.1.3 实验电池的装配
• 2.2 实验研究方法
• 2.2.1 恒电流充放电测试
• 2.2.2 循环伏安测试
• 2.2.3 电化学阻抗（EIS）测试
• 2.2.4 扫描电镜分析（SEM）
• 2.2.5 X射线衍射法（XRD）
• 2.3 本章小结
• 1-xAl_xO₂的制备及性能研究'>第3章 LiCo_1-xAl_xO₂的制备及性能研究
• 3.1 实验
• xCo_1-xO₂材料的制备'>3.1.1 LiAl_xCo_1-xO₂材料的制备
• 3.1.2 电化学性能测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 XRD图谱及晶体结构分析
• 3.2.2 电化学性能分析
• 3.3 本章小结
• 0.7Al_0.3-xMg_xO₂的制备及性能研究'>第4章 LiCo_0.7Al_0.3-xMg_xO₂的制备及性能研究
• 4.1 实验
• 0.7Al_0.3-xMg_xO₂材料的制备'>4.1.1 LiCo_0.7Al_0.3-xMg_xO₂材料的制备
• 4.1.2 电化学性能测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 晶体结构及形貌分析
• 4.2.2 电化学性能分析
• 4.3 本章小结
• 2的改性研究'>第5章 MgO包覆LiCoO₂的改性研究
• 5.1 实验部分
• 2材料的制备'>5.1.1 MgO包覆LiCoO₂材料的制备
• 5.1.2 电化学性能测试
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 包覆前后材料的结构分析
• 5.2.2 电化学阻抗谱分析
• 5.2.3 循环伏安分析
• 5.2.4 循环性能分析
• 5.2.5 本章小结
• 0.7Al_0.3O₂的改性研究'>第6章 MgO包覆LiCo_0.7Al_0.3O₂的改性研究
• 6.1 实验部分
• 0.7Al_0.3O₂材料的制备'>6.1.1 MgO包覆的LiCo_0.7Al_0.3O₂材料的制备
• 6.1.2 电化学性能测试
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 晶体结构及形貌分析
• 6.2.2 电化学性能分析
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A
• 附录B