论文摘要
提高电池性能和降低电极材料的成本一直是锂离子电池的主要研发方向。目前已大规模商业化的正极材料只有LiCoO2，但因为其价格昂贵和有毒性等问题，研发者一直致力于寻找其他替代材料。目前一个研究的热点是性能优良的LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2正极材料，本文在保持原LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2材料优势的前提下，进一步减少钴的含量以降低其成本，选取了层状LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x＝0.4，0.5，0.6）正极材料为研究对象，综合利用Ni、Co、Mn三种过渡金属元素在化合物中的各自优势，抑制各自副作用的一面，协调发挥各自的优点。对其合成、性能、嵌／脱锂动力学过程开展了深入系统的研究。通过对溶胶-凝胶制备、前驱体预焙烧和高温固相过程中各种影响因素进行分析和优化，确定了合成LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料的最佳工艺：锂盐过量5％、调节溶液pH值6～7制得镍钴锰的柠檬酸配合物、850烧结12h、炉外空气中冷却后与乙炔黑混合球磨，合成的LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2具有良好的层状结构特征和电化学性能。在2.75～4.3V范围，0.2C和1C倍率下首次放电容量分别为164mAh·g-1和146.4 mAh·g-1，30次循环后容量保持率分别为94.3％和93.2％。循环伏安测试的结构显示，曲线上主要存在3.98V氧化峰和3.69V还原峰，分别对应于Ni2+／Ni4+的氧化还原反应。采用交流阻抗技术对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料嵌／脱锂反应的动力学过程的研究发现，与未充电态相比，LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2电极在满充电时阻抗更小。合成了LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x＝0.4，0.5，0.6）材料，研究了不同气氛下合成对材料的结构及电化学性能的影响，比较了三种材料在结构和性能上的差异。其它条件不变，在空气中合成的LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料在2.75～4.3V范围，0.2C下的首次放电容量分别为157.1 mAh·g-1，161.2 mAh·g-1，138.7mAh·g-1，30次循环后容量保持率分别为94.0％、91.8％、81.2％，而在氧气中合成的LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料首次放电容量为154.2 mAh·g-1、174.2 mAh·g-1，30次循环后的容量保持率分别为90.6％、89.8％。结果表明，随着镍含量的增加，材料比容量增加，但镍含量越多合成条件越苛刻，随着锰含量的降低材料循环性能呈下降趋势。
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摘要ABSTRACT第一章 文献综述1.1 引言1.2 锂离子电池的发展历史1.3 锂离子电池的工作原理及特点1.3.1 锂离子电池的工作原理1.3.2 锂离子电池的特点1.4 锂离子电池正极材料研究进展1.4.1 锂离子电池正极材料的要求2的研究进展'>1.4.2 层状结构LiCoO2的研究进展2的研究进展'>1.4.3 层状结构LiNiO2的研究进展2O4的研究进展'>1.4.4 尖晶石型LiMn2O4的研究进展4的研究进展'>1.4.5 橄榄石型LiFePO4的研究进展xCoyMn1-x-yO2的研究进展'>1.4.6 层状结构LiNixCoyMn1-x-yO2的研究进展1.5 本课题研究目的和研究内容第二章 实验材料及方法2.1 引言2.2 实验仪器与原料2.2.1 实验药品和试剂2.2.2 主要实验仪器设备2.2 实验方法2.3 测试过程2.3.1 X射线衍射（XRD）分析2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）2.3.3 电化学性能测试2.3.3.1 正极的制备与实验电池的组装2.3.3.2 电池充放电实验2.3.3.3 循环伏安实验2.3.3.4 交流阻抗实验0.4Co0.2Mn0.4O2的合成及性能研究'>第三章 LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的合成及性能研究3.1 合成工艺流程与原理3.1.1 合成工艺流程3.1.2 柠檬酸配合原理3.1.3 DSC-TGA分析0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响'>3.2 烧结温度对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响0.4Co0.2Mn0.4O2结构的影响'>3.2.1 烧结温度对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2结构的影响0.4Co0.2Mn0.4O2形貌的影响'>3.2.2 烧结温度对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2形貌的影响0.4Co0.2Mn0.4O2电化学性能的影响'>3.2.3 烧结温度对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2电化学性能的影响0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响'>3.3 锂和过渡金属元素配比对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响0.4Co0.2Mn0.4O2结构的影响'>3.3.1 锂和过渡金属元素配比对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2结构的影响0.4Co0.2Mn0.4O2形貌的影响'>3.3.2 锂和过渡金属元素配比对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2形貌的影响0.4Co0.2Mn0.4O2电化学性能的影响'>3.3.3 锂和过渡金属元素配比对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2电化学性能的影响0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响'>3.4 冷却速度对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响0.4Co0.2Mn0.4O2结构的影响'>3.4.1 冷却速度对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2结构的影响0.4Co0.2Mn0.4O2形貌的影响'>3.4.2 冷却速度对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2形貌的影响0.4Co0.2Mn0.4O2电化学性能的影响'>3.4.3 冷却速度对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2电化学性能的影响0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响'>3.5 球磨分散团聚体对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2性能的影响3.5.1 团聚体产生的原因及对材料的影响0.4Co0.2Mn0.4O2形貌的影响'>3.5.2 球磨对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2形貌的影响0.4Co0.2Mn0.4O2电化学性能的影响'>3.5.3 球磨对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2电化学性能的影响0.4Co0.2Mn0.4O2电极的循环伏安与交流阻抗研究'>3.6 LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2电极的循环伏安与交流阻抗研究3.6.1 循环伏安实验3.6.2 交流阻抗3.7 本章小结xCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）的合成及性能研究'>第四章 LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）的合成及性能研究4.1 引言xCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）的合成'>4.2 LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）的合成xCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）性能的影响'>4.3 合成气氛对LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）性能的影响xCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）结构的影响'>4.3.1 空气气氛中合成对LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）结构的影响xCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）形貌的影响'>4.3.2 空气气氛合成对LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）形貌的影响xCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）电化学性能的影响'>4.3.3 空气气氛合成对LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）电化学性能的影响xCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.6）结构的影响'>4.3.4 不同气氛合成对LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.6）结构的影响xCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.6）形貌的影响'>4.3.5 不同气氛合成对LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.6）形貌的影响xCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.6）电化学性能的影响'>4.3.6 不同气氛合成对LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.6）电化学性能的影响xCo0.2Mn0.8-xO2（x=04,0.5,0.6）在不同电压范围及不同倍率下的电化学性能'>4.4 LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=04,0.5,0.6）在不同电压范围及不同倍率下的电化学性能xCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）的循环伏安研究'>4.5 LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4,0.5,0.6）的循环伏安研究4.6 本章小结第五章 结论参考文献致谢攻读硕士学位期间发表的论文
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低钴LiNixCo0.2Mn0.8-xO2（x=0.4，0.5，0.6）正极材料的合成及性能研究
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