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Li-Ni-Co-Mn-O材料的合成及改性研究

2020-12-15阅读(860)

Li-Ni-Co-Mn-O材料的合成及改性研究

论文摘要

随着能源日益紧张,石油价格不断上涨,新能源越来越受到人们的重视,其中,锂离子电池成为了人们关注的焦点之一。目前,商业化的锂离子电池正极材料主要是LiCoO2，其具有制备工艺简单,可逆性良好,循环寿命长,电化学性能稳定等优点,但是Co资源匮乏、具有毒性,且在大倍率充放电时存在安全性问题,迫使人们寻求一种成本低廉、比容量高、循环寿命长、更加安全、更加环保的锂离子电池正极材料来替代LiCoCO2，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有成本低廉、比容量高、可大倍率充放电等优点,成为了人们研究的热点,但是它存在着循环性能差、不可逆容量高等缺点。本实验采用碳酸盐共沉淀法制备了Li-Ni-Co-Mn-O系列材料,并分别用Cr、Fe元素对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行了掺杂,分别用Sn02、ZnO、V205对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行了包覆,通过XRD和SEM测试,对样品的晶型结构和组织形貌进行了分析,通过充放电测试和交流阻抗测试对样品的电化学性能进行了研究。测试结果表明,制备的样品均具有a-NaFeO2型层状岩盐结构,空间点群为R3m,形貌近似球形,颗粒分布均匀。Cr3+的适量掺杂在一定程度上起到了细化晶粒的作用,提高了放电比容量和循环性能。在Cr掺杂的所有样品中,Li（Ni1/3Co1/3Mn1/3）0.98Cr0.02O2性能最好,其颗粒均匀,表面排列整齐,首次放电比容量达到184.72mAh/g,30次循环后,放电比容量为171.64mAh/g,容量保持率为92.92%。Fe3+的适量掺杂并未改变Li（Ni1/3Co1/3Mn1/3）O2的层状结构,细化了晶粒,提高了样品的放电比容量和循环性能。在Fe掺杂的所有样品中,Li（Ni1/3CO1/3Mn1/3）0.98Fe0.02O2性能最优异,其颗粒细小、均匀,表面光滑,首次放电比容量达到170.36mAh/g,30次循环后,放电比容量为134.28mAh/g,容量保持率为78.82%。Sn02包覆的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2晶型结构和组织形貌并未发生根本上的改变,Sn02包覆含量为2%的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的性能最佳,其首次放电比容量达到165.09mAh/g,30次循环后,比容量达到150.31mAh/g,容量保持率为91.05%。ZnO包覆的LiNi1/3CO1/3Mn1/3O2有较好的层状结构晶型,当包覆量为10%时,混排现象严重。五种样品的颗粒均匀,细小,颗粒近似球形,比表面积大,利于Li+的脱嵌,ZnO包覆含量为2%的LiNi1/3CO1/3Mn1/3O2的性能最佳,其首次放电比容量达到167.99mAh·g-1,30次循环后,比容量达到136.16mAh/g,容量保持率为81.05%。V205包覆的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2仍为层状结构,但是随着包覆量的增加,逐渐开始发生团聚现象。V2O5包覆含量为2%时,LiNi1/3CO1/3Mn1/302的性能最佳,首次放电比容量达到168.03mAh·g-1,30次循环后,放电比容量达到140.03mAh·g-1,容量保持率为83.34%。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 锂离子电池介绍
  • 1.2.1 锂离子电池的诞生与发展现状
  • 1.2.2 锂离子电池的工作原理
  • 1.2.3 锂离子电池的发展趋势
  • 1.2.4 锂离子电池的分类
  • 1.2.5 锂离子电池的应用
  • 1.3 锂离子电池正极材料研究进展
  • 1.3.1 钴系正极材料
  • 1.3.2 镍系正极材料
  • 1.3.3 锰系正极材料
  • 1.3.4 磷酸亚铁锂
  • 1.3.5 其他正极材料
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2'>1.4 三元复合正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的结构'>1.4.1 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学反应特征'>1.4.2 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学反应特征
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的掺杂改性'>1.4.3 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的掺杂改性
  • 1.5 本课题的研究内容及意义
  • 第2章 实验部分
  • 2.1 主要实验药品与仪器
  • 2.2 电池的组装
  • 2.2.1 正极片的制备
  • 2.2.2 负极片的制备
  • 2.2.3 实验电池的组装
  • 2.3 实验分析测试方法及原理
  • 2.3.1 X-射线衍射分析（XRD）
  • 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
  • 2.3.3 电化学性能测试
  • 2.4 本章小结
  • 1/3-xCo1/3Mn1/3+xO2的制备'>第3章 LiNi1/3-xCo1/3Mn1/3+xO2的制备
  • 1/3-xCo1/3Mn1/3+xO2的制备及性能测试'>3.1 层状正极材料1/3-xCo1/3Mn1/3+xO2的制备及性能测试
  • 3.1.1 制备方法的选择
  • 1/3-xCo1/3Mn1/3+xO2的表征和电化学性能测试'>3.2 正极材料1/3-xCo1/3Mn1/3+xO2的表征和电化学性能测试
  • 3.2.1 材料的晶体结构和表面形貌分析
  • 3.2.2 材料的电化学性能测试
  • 3.3 本章小结
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的掺杂改性研究'>第4章 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的掺杂改性研究
  • 1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的制备、表征和电化学性能测试'>4.1 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的制备、表征和电化学性能测试
  • 1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的制备'>4.1.1 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的制备
  • 1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的表征'>4.1.2 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的表征
  • 1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的电化学性能测试'>4.1.3 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的电化学性能测试
  • 1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的制备、表征和电化学性能测试'>4.2 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的制备、表征和电化学性能测试
  • 1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的制备'>4.2.1 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的制备
  • 1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的表征'>4.2.2 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的表征
  • 1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的电化学性能测试'>4.2.3 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1-zCrzO2的电化学性能测试
  • 4.3 本章小结
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的包覆改性研究'>第5章 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的包覆改性研究
  • 2包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备、表征和电化学性能测试'>5.1 SnO2包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备、表征和电化学性能测试
  • 2包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备'>5.1.1 SnO2包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备
  • 2包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表征'>5.1.2 SnO2包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表征
  • 2包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能测试'>5.1.3 SnO2包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能测试
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的制备、表征和电化学性能测试'>5.2 ZnO包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备、表征和电化学性能测试
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的制备'>5.2.1 ZnO包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的表征'>5.2.2 ZnO包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表征
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能测试'>5.2.3 ZnO包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能测试
  • 2O5包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备、表征和电化学性能测试'>5.3 V2O5包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备、表征和电化学性能测试
  • 2O5包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备'>5.3.1 V2O5包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备
  • 2O5包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表征'>5.3.2 V2O5包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表征
  • 2O5包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能测试'>5.3.3 V2O5包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能测试
  • 5.4 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

    • 相关论文文献

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