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锂离子电池正极材料LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2的制备及表面包覆

2020-12-14阅读(821)

锂离子电池正极材料LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2的制备及表面包覆

论文摘要

随着混合电动车（HEV）与电动车（EV）的发展和对太阳能、风能等自然能的储能设备的需求,大容量锂离子电池成为人们的研究热点。但商用的正极材料LiCoO2的不利因素渐渐使她没有竞争力,因此研究新型的锂离子电池正极材料成为重中之重的因素。正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2凭借200mAh/g的高放电质量比容量,成为40公里级混合动力车的理想电池正极材料之一,但是材料的安全性与循环寿命还有待提高。本文使用氢氧化物共沉淀法合成了Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2前驱体,同时对已合成的前驱体进行间接梯度包覆合成出Ni0.69Co0.14Mn0.17（OH）2,对两种材料Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2与Ni0.69Co0.14Mn0.17（OH）2分别进行两段高温烧结制备了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2与Ni0.69Co0.14Mn0.17O2正极材料。其中重点探究了前驱体制备工艺参数对材料形貌的影响,并通过考察材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的充放电性能来优化高温烧结条件,确定优化条件后合成Ni0.69Co0.14Mn0.17O2材料然后确定这种材料的性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射分析（XRD）、等离子场发射光谱（ICP）、能谱分析（EDX）、充放电测试以及材料振实密度测试的表征,研究了前驱体的颗粒形貌、晶体参数、元素含量与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的电化学性能等,并考察了在共沉淀制备过程中氨水浓度、pH值、进料速度等条件对产物Ni0.8Co0.1- Mn0.1（OH）2形貌影响。结果表明:当pH值为10.5,氨水与金属离子比为2,反应时间为15h时,所得到的Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2材料具有最好的球形度。通过设定正交实验测试确定了分段烧结的热处理工艺制度,并研究了不同烧结温度以及Li与金属离子比对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料电化学性能的影响。在空气气氛下,当Li与金属离子比=1.02,在750℃烧结20h时,所得到的材料具有最优异的电化学性能,以200mA/g的电流密度时在3.0-4.4V之间进行充放电,首次放电比容量达到181mAh/g,50次循环后容量保持率为95.6%。材料表面Ni离子的减少与Mn离子的增多,使得产物Li[Ni0.69Co0.14Mn0.17]O2展现了良好的循环性能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 前言
  • xCoyMn1-x-yO2 的研究进展'>1.2 锂离子电池三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2的研究进展
  • xCoyMn1-x-yO2 的表面包覆'>1.3 锂离子电池三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2的表面包覆
  • 1.3.1 表面包覆的前提条件
  • 1.3.2 金属氧化物或C材料对三元材料进行的表面修饰
  • 1.3.3 不同配比的二元材料对三元材料进行的表面修饰
  • 1.3.4 不同配比三元材料对三元材料进行的梯度包覆
  • 1.4 本文的主要研究内容
  • 第2章 实验材料及表征方法
  • 2.1 实验材料和仪器
  • 2.2 材料的制备方法
  • 0.8Co0.1Mn0.1（OH）2 的制备'>2.2.1 球形前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2的制备
  • 0.69Co0.14Mn0.17（OH）2 的制备'>2.2.2 球形前驱体Ni0.69Co0.14Mn0.17（OH）2的制备
  • 0.8Co0.1Mn0.1O2与LiNi0.69Co0.14Mn0.17O2 材料的制备方'>2.2.3 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2与LiNi0.69Co0.14Mn0.17O2材料的制备方
  • 2.3 材料的理化性质的表征方法
  • 2.3.1 扫描电子显微镜测试（SEM）
  • 2.3.2 X射线衍射光谱测试（XRD）
  • 2.3.3 差式扫描量热测试（DSC）
  • 2.3.4 电感偶合等离子体发射光谱测试（ICP）
  • 2.3.5 材料的振实密度测定
  • 2.4 材料的电化学性能测试
  • 2.4.1 电极的制备及电池的组装
  • 2.4.2 充放电性能测试
  • 2.4.3 循环伏安测试
  • 0.8Co0.1Mn0.1（OH）2制备、表面包覆及表征'>第3章 球形前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2制备、表面包覆及表征
  • 0.8Co0.1Mn0.1（OH）2 的结晶原理分析'>3.1 Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2的结晶原理分析
  • 0.8Co0.1Mn0.1（OH）2 形貌的影响'>3.1.1 pH值对前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2形貌的影响
  • 0.8Co0.1Mn0.1（OH）2 形貌的影响'>3.1.2 氨水与金属离子的比例对前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2形貌的影响
  • 0.8Co0.1Mn0.1（OH）2 形貌的影响'>3.1.3 反应时间对前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2形貌的影响
  • 0.69Co0.14Mn0.17（OH）2 的制备'>3.2 球形前驱体Ni0.69Co0.14Mn0.17（OH）2的制备
  • 3.2.1 包覆方法的选择
  • 3.2.2 不同的氨与金属离子比对包覆产物形貌的影响
  • 0.8Co0.1Mn0.1（OH）2及包覆产物Ni0.69Co0.14Mn0.17（OH）2 的表'>3.6 球形前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2及包覆产物Ni0.69Co0.14Mn0.17（OH）2的表
  • 0.8Co0.1Mn0.1（OH）2与Ni0.69Co0.14Mn0.17（OH）2 的XRD测'>3.6.1 Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2与Ni0.69Co0.14Mn0.17（OH）2的XRD测
  • 0.8Co0.1Mn0.1（OH）2 的DSC测试'>3.6.2 Ni0.8Co0.1Mn0.1（OH）2的DSC测试
  • 3.7 本章小结
  • 0.8Mn0.1Co0.1O2与包覆产物LiNi0.69Co0.14Mn0.17O2的制'>第4章 LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2与包覆产物LiNi0.69Co0.14Mn0.17O2的制
  • 0.8Mn0.1Co0.1O2 烧结条件的优化'>4.1 LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2烧结条件的优化
  • 0.8Co0.1Mn0.1O2与LiNi0.69Co0.14Mn0.17O2 的SEM、XRD表'>4.2 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2与LiNi0.69Co0.14Mn0.17O2的SEM、XRD表
  • 0.69Co0.14Mn0.17O2与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 的电化学性'>4.3 LiNi0.69Co0.14Mn0.17O2与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的电化学性
  • 0.8Co0.1Mn0.1O2 材料的电化学性能'>4.3.1 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的电化学性能
  • 0.69Co0.14Mn0.17O2与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 材料的充放电性'>4.3.2 LiNi0.69Co0.14Mn0.17O2与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的充放电性
  • 4.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢

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