学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及改性研究

作　者: 郭庆山
导　师: 刘国强
学　校: 东北大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: 锂离子电池 正极材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 电化学性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 11次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


近年来,锂离子电池因其独特的优势,已经替代镍镉、镍氢电池,成为手机、笔记本电脑等数码电子产品的主导电源。随着锂离子电池技术的不断进步,高效锂离子二次电池已被认为是电动汽车及混合动力汽车的首选动力电源之一。本实验旨在于制备出高比容量、循环稳定等电化学性能优良的正极材料,主要采用了室温充放电、循环伏安等测试方法,以及XRD、SEM、DSC-TGA等对材料进行分析和表征。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有成本低、容易合成、放电容量高、放电电压范围宽、循环寿命长、热稳定性好等优点,成为目前锂离子电池最有潜力的正极材料之一。本论文采用改进的醋酸盐分解法制备出比容量高、综合性能优良的层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,并系统研究了镍、钴含量以及铬、锌掺杂对材料性能的影响,最后合成了高比容量、循环性能好的富锂材料。采用醋酸盐分解法制备出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的前躯体,经过高温焙烧制得纯相的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料,研究了合成过程中原料的影响,并通过DSC-TGA对前躯体进行了分析,得到改进的醋酸盐分解法。结果表明：在制备过程中采用硝酸镍制得的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料(锂过量8%)的综合性能较好,0.5C首次放电比容量为157.9mAh/g,在0.2C的电流密度下充放电循环100次,放电比容量达129.3mAh/g,循环效率82.88%。为了优化组成,提高材料中过渡金属元素的协同作用,研究了各元素的含量对产物性能的影响,制备出性能较好的三元材料。结果表明：当镍含量为3/8时,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的性能较好；当钴含量为0.3时,材料在0.5C倍率下的首次放电比容量达到最大,为169.6mAh/g,并表现出了较好的循环性能。循环伏安分析可知,当镍和钻含量分别为3/8和0.30时,材料的氧化还原峰面积均大于LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的峰面积,且极化较小。为了进一步改进LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的电化学性能,对其进行了铬、锌掺杂,制备出Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(1-x)CrxO2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3-xZnxO2材料。XRD测试表明铬、锌掺杂的材料为晶型完整的α-NaFeO2型层结构,SEM表明材料粒径分布均匀,颗粒规整。充放电测试表明,具有适当的掺入铬和锌才能改善材料的各项性能。采用改进的醋酸盐分解法,制备出纯相的富锂材料,研究了富锂材料的充放电电压范围和Li2MnO3、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2之间较优的比例,并通过蔗糖和硝酸处理,改进优化了制备过程。在制备过程中添加蔗糖的0.5Li2MnO3·0.5LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料在2.5-4.6V的电压范围内的综合性能较好,O.1C首次放电比容量达209.9mAh/g,但其倍率循环性能仍有待进一步改进。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-13
第1章 绪论  13-25
  1.1 引言  13
  1.2 锂离子电池  13-15
    1.2.1 锂离子电池的发展  13-14
    1.2.2 锂离子电池的工作原理  14-15
    1.2.3 锂离子电池的组成  15
  1.3 锂离子电池正极材料的研究现状  15-18
    1.3.1 正极材料的要求  15-16
    1.3.2 钴系正极材料  16
    1.3.3 镍系正极材料  16-17
    1.3.4 锰系正极材料  17-18
    1.3.5 磷酸铁锂材料  18
  1.4 新型锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2  18-24
    1.4.1 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的结构和性能特点  19
    1.4.2 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备方法  19-22
    1.4.3 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的改性研究  22-24
  1.5 问题的提出与研究内容  24-25
第2章 实验药品和实验方法  25-29
  2.1 实验原料及设备  25-26
  2.2 材料的制备及电池的组装  26-28
    2.2.1 醋酸盐分解法制备正极材料  26
    2.2.2 正极片的制备  26
    2.2.3 电池的组装  26-28
  2.3 材料的测试与表征手段  28-29
    2.3.1 循环性能测试  28
    2.3.2 倍率性能测试  28
    2.3.3 循环伏安测试  28
    2.3.4 交流阻抗测试  28
    2.3.5 X射线衍射分析(XRD)  28
    2.3.6 扫描电镜分析(SEM)  28
    2.3.7 差热-热重分析(DSC-TGA)  28-29
第3章 改进醋酸盐分解法合成LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2  29-39
  3.1 引言  29
  3.2 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备  29
  3.3 制备方法对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响  29-32
    3.3.1 制备方法对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料结构及形貌的影响  29-30
    3.3.2 制备方法对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料电化学性能的影响  30-32
  3.4 改进的醋酸盐分解法制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的前躯体性能  32-35
    3.4.1 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料前躯体的结构及形貌  32-33
    3.4.2 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料前躯体的热分析  33-34
    3.4.3 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料前躯体的电化学性能  34-35
  3.5 改进醋酸盐分解法的优化  35-38
    3.5.1 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的结构及形貌  35-36
    3.5.2 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的电化学性能  36-38
    3.5.3 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的循环伏安曲线  38
  3.6 小结  38-39
第4章 材料组成对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响  39-47
  4.1 引言  39
  4.2 不同镍、钻含量的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备方法  39
  4.3 镍含量对材料电化学性能的影响  39-41
  4.4 钻含量对材料电化学性能的影响  41-44
  4.5 材料组成对结构及形貌的影响  44-45
  4.6 不同组成材料的循环伏安曲线  45-46
  4.7 小结  46-47
第5章 掺杂对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响  47-57
  5.1 引言  47
  5.2 掺杂铬和锌的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的制备方法  47
  5.3 铬掺杂对材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响  47-51
    5.3.1 铬掺杂对材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2结构及形貌的影响  47-49
    5.3.2 铬掺杂对材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响  49-50
    5.3.3 Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))_0.98Cr_(0.0.2)O_2的交流阻抗研究  50-51
  5.4 锌掺杂对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响  51-56
    5.4.1 锌占据不同位置对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响  51-53
    5.4.2 锌含量对材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响  53-56
  5.5 小结  56-57
第6章 富锂材料的制备及性能研究  57-67
  6.1 引言  57
  6.2 电压范围的确定  57-59
  6.3 Li_2MnO_3和LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2比例的确定  59-63
    6.3.1 比例不同对材料电化学性能的影响  59-62
    6.3.2 0.5Li_2MnO_3·0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的结构及形貌  62-63
  6.4 制备过程的优化  63-66
    6.4.1 处理方法  63
    6.4.2 处理方法对0.5Li_2MnO_3·0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2结构及形貌的影响  63-64
    6.4.3 处理方法对0.5Li_2MnO_3·0.5LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2电化学性能的影响  64-66
  6.5 小结  66-67
第7章 结论  67-69
参考文献  69-75
致谢  75-77
附录  77

相似论文

  1. 锂离子电池用多元Sn合金基碳复合材料的研究,TM912.9
  2. 锂离子电池硅碳负极材料的制备与性能研究,TM912.9
  3. 用于回收废旧锂离子电池中贵金属钴的螯合剂的合成及其性能研究,X76
  4. LSGM电解质薄膜制备与电化学性能研究,TM911.4
  5. 锂离子电池电极材料黑磷与LiMn2O4的第一性原理研究,TM912
  6. 锂离子层状正极材料LiMO2（M=Co，Ni，Mn）的第一性原理的研究,TM912
  7. 锂离子电池负极材料钛酸锂的改性及其电化学性能研究,TM912
  8. 高容量富锂层状固溶体锂离子电池正极材料的研究,TM912
  9. 新型Aza-BODIPY荧光染料的合成、表征及性能研究,TQ610.1
  10. 超级电容器不同孔结构分布的高比表面积活性炭电极材料的研究,TM53
  11. 硅基合金负极材料的制备及电化学性能的研究,TM912
  12. 新型锂离子电池正极材料Li3V2（PO4）3和Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2的制备及其电化学性能研究,TM912
  13. 水热法制备锂离子电池正极材料LiNi0.9Co0.1O2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,TM912
  14. 酚醛树脂热解炭包覆石墨化针状焦用于锂离子电池负极材料的研究,TM912
  15. 化学活化石墨用于微生物燃料电池电极材料的研究,TM911.4
  16. 锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的合成与改性,TM912
  17. 非接触式锂离子电池充电电路的设计与实现,TM912
  18. 氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池低温性能的影响及其机理的研究,TM912
  19. Co源对SnCo/C负极材料结构和电性能的影响,TM912
  20. 水性粘结剂对石墨负极电化学性能的影响,TM912
  21. 尖晶石锰酸锂正极材料的合成及其电化学特性研究,TM912

中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
© 2012 www.xueweilunwen.com