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LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成及改性研究

2020-12-07阅读(578)

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成及改性研究

论文摘要

本文主要围绕锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2存在的高电压区间电化学性能差及高倍率循环性能差这一主题,在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的合成及改性方面展开了一些研究。本文首次对高温固相法碳包覆改性LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行了系统的研究。首次研究了Mg-Cl共掺杂对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料结构和电化学性能的影响。首次对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiCoO2混合正极材料应用可行性进行了研究。本文主要从以下几方面展开工作:利用易分解的醋酸盐,采用易实现工业化生产的高温固相法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。单因素实验和正交实验研究表明,影响LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2放电比容量的显著因素依次为煅烧温度、Li:（Ni+Co+Mn）摩尔配比和煅烧时间。最佳工艺条件为煅烧温度850℃,煅烧时间10 h, Li:（Ni+Co+Mn）=1.05:1。分别以葡萄糖、蔗糖、硬脂酸和柠檬酸作为包覆碳源,采用高温固相法对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行碳包覆改性。研究表明包覆碳有利于提高LiNi1/3 Co1/3Mn1/3O2材料的电子导电率,降低电化学反应中的电荷转移电阻,增大材料的活性表面积。其中,葡萄糖2wt%包覆的效果最佳。1C和2C倍率下充放电20次后容量仍分别保持在146.8 mAh/g和121.2 mAh/g。通过研究Mg2+不同取代位和Mg-Cl共掺杂对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响发现,Mg 2+的最佳取代位是Mn4+位。Mg-Cl共掺杂能进一步提高材料的结构稳定性和导电性。其中LiNi1/3Co1/3Mn1/3-0.02Mg0.02O1.98Cl0.02具有最佳的电化学性能。0.5C、1C和2C倍率下循环20次后容量仍分别保持在180.3 mAh/g、157.5 mAh/g和127.5 mAh/g ,容量保持率高达95.5%、89.9%和87.8%。Li Ni1/3Co1/3Mn1/3-0.02Mg0.02O1.98Cl0.02是一种有前景的锂离子电池正极材料。通过在LiCoO2中混合不同比例的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作为锂离子电池正极材料的研究表明,混合材料的电化学性能主要由电位较高的LiCoO2材料决定。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2混合量在50wt%以下时不会降低正极材料的容量和倍率循环性能。因此,使用LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiCoO2的混合正极材料以降低锂离子电池的成本是可行的。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 锂离子电池概述
  • 1.1.1 锂电池的发展简史
  • 1.1.2 锂离子电池的结构及工作原理
  • 1.1.3 锂离子电池的特征
  • 1.2 锂离子电池正极材料的研究进展
  • 2'>1.2.1 LiCoO2
  • 2'>1.2.2 LiNiO2
  • 2O4'>1.2.3 LiMn2O4
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的研究进展'>1.3 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的研究进展
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的结构'>1.3.1 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的合成方法'>1.3.2 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的合成方法
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的掺杂改性研究'>1.3.3 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的掺杂改性研究
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的包覆改性研究'>1.3.4 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的包覆改性研究
  • 1.4 动力型锂离子电池的研究进展
  • 1.5 本课题的意义及内容安排
  • 第二章 实验条件及方法
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验药品及实验仪器
  • 2.2.1 实验药品
  • 2.2.2 实验仪器
  • 2.3 实验方法
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2'>2.3.1 高温固相法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
  • 2.3.2 正交实验设计
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的碳包覆改性'>2.3.3 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的碳包覆改性
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的Mg-Cl共掺杂改性'>2.3.4 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的Mg-Cl共掺杂改性
  • 2.4 XRD分析
  • 2.5 ESEM分析
  • 2.6 TEM分析
  • 2.7 电池装配
  • 2.8 电化学性能分析
  • 2.9 循环伏安分析
  • 2.10 交流阻抗分析
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2'>第三章 高温固相法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验结果与讨论
  • 3.2.1 煅烧温度对材料结构性能的影响
  • 3.2.2 正交实验结果与讨论
  • 3.2.3 验证实验
  • 3.3 本章小结
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2碳包覆改性及混合正极材料研究'>第四章 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2碳包覆改性及混合正极材料研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验结果与讨论
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响'>4.2.1 碳包覆量对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响'>4.2.2 不同碳源对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2和LiC002混合正极材料研究'>4.2.3 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiC002混合正极材料研究
  • 4.3 本章小结
  • 1/3Co1/3Mn1/3O2的Mg-Cl共掺杂改性研究'>第五章 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的Mg-Cl共掺杂改性研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验结果与讨论
  • 5.2.1 不同取代位对材料性能影响
  • 5.2.2 Mg-Cl共掺杂研究
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 致谢

    • 相关论文文献

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