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锂离子电池正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的改进及性能研究

2020-11-29阅读(793)

锂离子电池正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的改进及性能研究

论文摘要

近年来,市售的二次电池中,LiCoO2是应用最广泛的正极材料。但是,其毒性及越来越高的价格也带来许多问题,因此需要寻找一种材料来替代它。与LiCoO2相比,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料因其优异的电化学性能、安全性能和低廉的成本而成为近年来的研究热点。本文采用氢氧化物共沉淀法合成了Ni1/3Co1/3Mn1/3（OH）2前驱体,然后分段高温烧结制备了正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、电化学测试手段、热重分析以及材料振实密度测试的表征,研究了前驱体制备工艺参数以及高温烧结条件对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料性能的影响,并研究了添加表面活性剂在Ni1/3Co1/3Mn1/3（OH）2结晶过程中所起的作用。为了改进LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构,分别研究了两种表面活性剂:十二烷基硫酸钠和OP-10。结果显示,加入适量的表面活性剂确实能够使前驱体材料的形貌得以改善,虽然其振实密度和放电容量有所降低。当添加0.02g的十二烷基硫酸钠时,前驱体形貌最好,呈球形,但是振实密度却是最低的,为1.1g·cm-3。将氨水溶液和NaOH溶液分开滴入反应釜中能够改善材料的形貌及振实密度。控制pH值为12,反应温度为50℃,可以得到粒径较小（610μm）,且呈球形的前驱体颗粒。改变进料速度的结果说明,随着进料速度减慢,前驱体颗粒有变小的趋势,到最后,以至于颗粒过小而消失。当进料速度为0.67ml·min-1时,振实密度最高,为2.06g·cm-3。改变其它条件,如采用浸渍的方法能够在一定程度上提高振实密度。将配合物直接加入到盐溶液中能够获得类球形的前驱体颗粒。通过TG/DTA测试结果,改变升温制度,烧结过程中,在100和400℃时分别停留1h,能够较好的保持球形前驱体的形貌。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题目的及意义
  • 1.2 锂离子电池简介
  • 1.2.1 锂离子电池的发展
  • 1.2.2 锂离子电池的工作原理
  • 1.3 锂离子正极材料
  • 2 正极材料'>1.3.1 LiCoO2正极材料
  • 2 正极材料'>1.3.2 LiNiO2正极材料
  • 2O4 正极材料'>1.3.3 LiMn2O4正极材料
  • 1/3Mn1/3C01/3O2 正极材料'>1.3.4 LiNi1/3Mn1/3C01/3O2正极材料
  • 1.3.5 LiFeP04 正极材料
  • 1.3.6 其他正极材料
  • 1.4 本课题的研究内容
  • 第2章 实验材料与实验方法
  • 2.1 实验药品与仪器
  • 2.1.1 实验药品与材料
  • 2.1.2 实验仪器与设备
  • 2.2 材料制备方法
  • 1/3C01/3Mn1/3（OH）2 的制备方法'>2.2.1 前驱体Ni1/3C01/3Mn1/3（OH）2的制备方法
  • 1/3C01/3Mn1/3O2 的制备'>2.2.2 材料LiNi1/3C01/3Mn1/3O2的制备
  • 2.3 材料物理化学性质表征
  • 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）对表观形貌的表征
  • 2.3.2 X 射线衍射光谱（XRD）对晶体结构的表征
  • 2.3.3 热重（TG/DTA）对前驱体的热分析
  • 2.3.4 材料振实密度的测定
  • 2.4 材料的电化学性能测试
  • 2.4.1 电极的制备和实验电池的组装
  • 2.4.2 充放电性能测试
  • 1/3C01/3Mn1/3O2合成及性能的影响'>第3章 表面活性剂对LiNi1/3C01/3Mn1/3O2合成及性能的影响
  • 1/3C01/3Mn1/3（OH）2 的结晶原理分析'>3.1 Ni1/3C01/3Mn1/3（OH）2的结晶原理分析
  • 3.2 添加不同表面活性剂制备材料及其电化学性能研究
  • 3.2.1 添加不同表面活性剂所合成材料的结果分析
  • 3.2.2 表面活性剂对材料电化学性能的影响
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2 的影响'>3.3 搅拌时间对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的影响
  • 3.4 本章小结
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2材料及其性能研究'>第4章 改变进料方式制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料及其性能研究
  • 4.1 改变反应温度及pH 值对材料形貌的影响
  • 4.2 不同进料速度下制备材料形貌的比较
  • 4.3 洗涤方式对材料的影响
  • 4.3.1 洗涤方式对材料形貌的影响
  • 4.3.2 洗涤方式对材料电化学性能的影响
  • 4.4 本章小结
  • 1/3Mn1/3Co1/3O2材料改性的研究'>第5章 对LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料改性的研究
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2 的影响'>5.1 浸渍对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的影响
  • 5.1.1 浸渍对材料形貌的影响
  • 5.1.2 浸渍对材料电化学性能的影响
  • 1/3Mn1/3Co1/3O2 材料性能的影响'>5.2 配位体添加方式对LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料性能的影响
  • 5.2.1 添加配位体方式对材料形貌的影响
  • 5.2.2 添加配位体方式对材料电化学性能的影响
  • 1/3Mn1/3Co1/3O2 材料性能的影响'>5.3 改变升温速度对LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料性能的影响
  • 5.3.1 TG-DTA 表征
  • 5.3.2 XRD 表征
  • 5.3.3 升温制度对材料形貌的影响
  • 5.3.4 升温制度对材料电化学性能的影响
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢

    • 相关论文文献

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