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钴铝复合金属氧化物包覆锂离子电池正极材料的制备和电化学性能研究

2020-12-10阅读(171)

钴铝复合金属氧化物包覆锂离子电池正极材料的制备和电化学性能研究

论文摘要

锂离子电池具有工作电压高、循环性能好、比能量大、环境友好等优点,已经成为21世纪绿色电池的首选。锂离子电池的关键材料之一是正极材料。尖晶石LiMn2O4原材料丰富、低毒性、低成本及容易制备而被视为最有应用前途的锂离子电池正极材料之一。但是LiMn2O4循环稳定性尤其高温循环稳定性差,制约了其发展,其容量衰减的主要原因是锰的溶解、Jahn-Teller效应以及HF对正极材料的腐蚀。目前商品化锂离子电池的正极材料主要是具有α-NaFeO2型层状结构的LiCoO2,但LiCoO2价格昂贵,实际比容量偏低,仅为140 mAh·g-1左右,仅为其理论比容量274mAh·g-1的50%,且抗过充性能差,这主要是由于在充电过程中随锂离子的脱出,LiCoO2晶体结构发生不可逆相变所致。针对这些问题,本论文采用表面包覆改性的方法提高LiMn2O4的高温循环性能、LiCoO2的抗过充电性能和循环稳定性。具体研究内容如下：（1）采用钴铝水滑石（CoAl-LDH）为包覆材料前驱体制备CoAl-LDH包覆尖晶石LiMn2O4,再焙烧得到钴铝复合金属氧化物（CoAl-MMO）包覆尖晶石LiMn2O4正极材料,并分别对恒pH值法、成核晶化隔离法和复合共沉淀法（恒pH值法+成核晶化隔离法）合成LDH包覆LiMn2O4进行比较,考察前驱体合成方法对CoAl-MMO包覆LiMn2O4材料结构、形貌和电化学循环性能的影响,发现复合共沉淀法在LiMn2O4表面包覆效果最好,制备出来的CoAl-MMO包覆LiMn2O4电化学循环性能最佳。采用复合共沉淀法合成不同CoAl-MMO包覆量的LiMn2O4正极材料,并考察了CoAl-MMO包覆量对LiMn2O4材料结构、形貌和电化学性能的影响。（2）采用共沉淀法制备CoAl-LDH包覆在层状LiCoO2表面,再焙烧得到CoAl-MMO包覆LiCoO2正极材料。CoAl-MMO包覆稳定了LiCoO2的晶体结构,改善了材料的抗过充性能和循环稳定性。以中间相碳微球（MCMB）为负极,以CoAl-MMO包覆LiCoO2为正极组装成AA电池。在充放电电压范围分别为2.75-4.2V和2.75-4.4V,1C充放电倍率条件下,CoAl-MMO包覆的LiCoO2材料的首次放电比容量分别为141 mAh·g-1和160 mAh·g-1,400次循环的容量保持率分别为93.8%和91.3%,分别优于LiCoO2的87.5%和69.2%的容量保持率。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 锂离子电池发展概况
  • 1.3 锂离子电池的结构、工作原理及特点
  • 1.4 锂离子电池正极材料简介
  • 2O4正极材料'>1.4.1 尖晶石LiMn2O4正极材料
  • 2正极材料'>1.4.2 层状LiCoO2正极材料
  • 2正极材料'>1.4.3 层状LiNiO2正极材料
  • 4正极材料'>1.4.4 橄榄石LiFePO4正极材料
  • 1.5 锂离子电池正极材料改性方法
  • 2O4的改性方法'>1.5.1 LiMn2O4的改性方法
  • 2的改性方法'>1.5.2 LiCoO2的改性方法
  • 2的改性方法'>1.5.3 LiNiO2的改性方法
  • 4的改性方法'>1.5.4 LiFePO4的改性方法
  • 1.6 选题意义和研究内容
  • 第二章 实验部分
  • 2.1 化学试剂
  • 2.2 实验仪器
  • 2.3 表征方法
  • 2.3.1 X射线衍射（XRD）分析
  • 2.3.2 场发射扫描电镜（FESEM）分析
  • 2.3.3 透射电镜（TEM）分析
  • 2.3.4 电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）分析
  • 2.3.5 半电池的组装
  • 2.3.6 AA电池的组装
  • 2.3.7 电化学性能测试
  • 第三章 钴铝复合金属氧化物包覆尖晶石锰酸锂正极材料的制备和电化学性能研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 合成方法
  • 2O4正极材料的制备'>3.2.1 CoAl-LDH包覆LiMn2O4正极材料的制备
  • 2O4正极材料的制备'>3.2.2 CoAl-MMO包覆LiMn2O4正极材料的制备
  • 3.3 结果与讨论
  • 2O4正极材料结构的影响'>3.3.1 CoAl-LDH制备方法对包覆LiMn2O4正极材料结构的影响
  • 2O4正极材料形貌的影响'>3.3.2 CoAl-LDH制备方法对包覆LiMn2O4正极材料形貌的影响
  • 2O4正极材料电化学性能的影响'>3.3.3 CoAl-LDH制备方法对包覆LiMn2O4正极材料电化学性能的影响
  • 2O4正极材料结构的影响'>3.3.4 CoAl-MMO包覆量对LiMn2O4正极材料结构的影响
  • 2O4正极材料形貌的影响'>3.3.5 CoAl-MMO包覆量对LiMn2O4正极材料形貌的影响
  • 2O4正极材料电化学性能的影响'>3.3.6 CoAl-MMO包覆量对LiMn2O4正极材料电化学性能的影响
  • 2O4正极材料电化学性能的影响'>3.3.7 热处理温度对CoAl-MMO包覆LiMn2O4正极材料电化学性能的影响
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 钴铝复合金属氧化物包覆钴酸锂正极材料的制备和电化学性能研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 合成方法
  • 2正极材料的制备'>4.2.1 CoAl-LDH包覆LiCoO2正极材料的制备
  • 2正极材料的制备'>4.2.2 CoAl-MMO包覆LiCoO2正极材料的制备
  • 4.3 结果与讨论
  • 2正极材料结构的影响'>4.3.1 CoAl-MMO包覆量对LiCoO2正极材料结构的影响
  • 2正极材料形貌的影响'>4.3.2 CoAl-MMO包覆量对LiCoO2正极材料形貌的影响
  • 2正极材料的透射电镜分析'>4.3.3 CoAl-MMO包覆LiCoO2正极材料的透射电镜分析
  • 2正极材料电化学性能的影响'>4.3.4 CoAl-MMO包覆量对LiCoO2正极材料电化学性能的影响
  • 2正极材料电化学性能的影响'>4.3.5 热处理温度对CoAl-MMO包覆LiCoO2正极材料电化学性能的影响
  • 2电池的电化学性能'>4.3.6 MCMB/CoAl-MMO包覆LiCoO2电池的电化学性能
  • 2正极材料的电化学交流阻抗（EIS）分析'>4.3.7 CoAl-MMO包覆LiCoO2正极材料的电化学交流阻抗（EIS）分析
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  • 5.1 结论
  • 5.2 主要创新点
  • 5.3 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 研究成果及发表的学术论文
  • 作者与导师简介

    • 相关论文文献

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