多元层状锂离子电池正极材料的合成与研究

论文摘要

与锂离子电池正极材料LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4相比,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有高比容量、高安全性、低成本、低污染的优点,是当前锂离子电池正极材料的研究热点。合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的方法有多种,但不同的方法所制备的材料的性能具有很大的差异。本论文主要从合成方法上进行了改进,同时考查了掺杂氟元素及锂元素对材料电化学性能的影响,制备出电化学性能良好的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料。首先,本研究采用常见的氢氧化物共沉淀法制备了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料,并进行了掺杂氟元素的研究。通过对其电化学性能的研究发现,用共沉淀法合成的材料具有良好的循环性能。以NaOH-Na2CO3作为共沉淀剂进行合成条件的探索发现,采用硝酸钴作为钴源,采用碱盐溶液共滴的方法制备的材料具有较好的电化学性能。在此基础上对烧结温度的研究中发现,在相同的烧结制度下,900℃合成的材料初次放电容量达到169.4mAh/g, 20个循环仍能保持其初始容量的96.3%,显示出良好的循环性能。进一步的锂过量研究发现,锂的加入提高了材料的循环性能。较优的Li/Me（Me=Ni,Co,Mn）比例为1.10,20个充放电循环可以达到96.9%的容量保持率。采用新的方法制备了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料,考查了温度及Li/Me值对材料电化学性能的影响。研究表明,采用该方法,在850℃和900℃的温度下制备的材料具有良好的循环性能。850℃制备的材料在2.54.3V和2.84.5V的电压范围内分别具有154.3mAh/g和189.7mAh/g的容量,30循环后容量保持率分别达到94.6%和94.8%,显示出良好的循环性能。考查Li/Me发现,锂过量可以提高材料的容量和循环性能,较优的Li/Me值为1.05和1.10。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子电池概论
• 1.1.1 锂离子电池的产生
• 1.1.2 锂离子电池的工作原理
• 1.1.3 锂离子电池的结构
• 1.2 锂离子电池正极材料
• 1.2.1 Li-Co-O 体系
• 1.2.2 Li-Mn-O 体系
• 1.2.3 Li-Ni-O 体系
• 1.2.4 层状Li-Ni-Mn-Co-O 材料
• 1/3Co_1/3MN_1/3O₂ 的研究进展'>1.3 层状锂离子电池正极材料LINI_1/3Co_1/3MN_1/3O₂的研究进展
• 1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ 材料简介'>1.3.1 LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料简介
• 1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ 的合成方法'>1.3.2 LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的合成方法
• 1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ 的掺杂改性'>1.3.3 LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的掺杂改性
• 1.4 本课题研究内容及意义
• 第二章 氢氧化物共沉淀法合成LIN11/3C01/3MN1/302材料
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂及主要设备
• 2.2.2 材料的制备
• 2.2.3 材料的表征
• 2.2.4 材料的电化学性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 材料的结构
• 2.3.2 材料的形貌分析
• 1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ 的电化学性能分析'>2.3.3 LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的电化学性能分析
• 1/3Co_1/3Mn_1/3O_2-xF_x 的电化学性能分析'>2.3.4 LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O_2-xF_x的电化学性能分析
• 2.4 本章小结
• 1/3Co_1/3MN_1/3O₂材料的NAOH-NA₂CO₃共沉淀法合成'>第三章 LINI_1/3Co_1/3MN_1/3O₂材料的NAOH-NA₂CO₃共沉淀法合成
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 试剂及主要设备
• 3.2.3 材料的制备
• 3.2.4 样品的表征
• 3.2.5 样品的电化学性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 钴源对材料电化学性能的影响
• 3.3.2 加料方法对材料性能的影响
• 3.3.3 锂过量对材料性能的影响
• 3.4 本章小结
• 1/3CO_1/3MN_1/3O₂材料的半湿法合成'>第四章 LINI_1/3CO_1/3MN_1/3O₂材料的半湿法合成
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂及主要设备
• 4.2.2 样品的制备
• 4.2.3 材料的表征
• 4.2.4 材料的电化学性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ 材料的结构与电化学性能'>4.3.1 LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的结构与电化学性能
• （1+x）Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ 材料的结构与电化学性能'>4.3.2 Li_（1+x）Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的结构与电化学性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文