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锂离子电池正极材料LiNi_（1/3）Co_（1/3）Mn_（1/3）O_2的研究

作　者: 李艳娟
导　师: 田永淑；王岭
学　校: 河北理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 锂离子电池 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 固相法 熔盐法
分类号: TM912.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


采用固相法和熔盐法来制备正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)/透射电镜(TEM)分析材料的结构和形貌特征,用LAND电池测试系统测试材料的电化学性能(充放电容量和循环性能等)。以LiOH·H2O、H2C2O4·2H2O、Ni(AC)2·4H2O、Co(AC)2·4H2O和Mn(AC)2·4H2O为原料,采用固相法在不同煅烧温度和煅烧时间下制备的层状正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有典型的α-NaFeO2型层状结构特征,晶型结构完整。随着合成温度的升高和时间的延长,颗粒粒径逐渐增大。电化学性能测试结果表明,850℃保温15h合成的正极材料电化学性能最优,在电流密度120mA/g、2.75~4.5V充放电电压范围内,首次放电比容量为173.2mAh/g;经30次循环后放电比容量为163.5mAh/g,容量保持率为94%;50次循环后为157.2mAh/g,容量保持率为90.8%。以LiOH·H2O、Ni(AC)2·4H2O、Co(AC)2·4H2O和Mn(AC)2·4H2O为原料,在KCl熔盐里,采用熔盐法制备的正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2均具有标准α-NaFeO2层状结构。在相同合成温度和合成时间下,与采用固相法制备的材料相比,颗粒粒径相对要大。电化学性能分析表明,在熔盐用量nKCl/nLi+=6/1、850℃保温15h制得的样品总体电化学性能最好,在电流密度120mA/g、2.75~4.5V充放电电压范围内,首次放电比容量为161.1mAh/g;经30次循环后放电比容量为138.5mAh/g,容量保持率为86%。在2.75~4.5V电压区间充放电,采用固相法和熔盐法制备的材料均表现出良好的循环性能,耐过充性要优于商品化LiCoO2(4.2V)。循环过程中,采用固相法所制材料主要发生了Ni2+/Ni3+和Ni3+/Ni4+的氧化还原反应及Co3+/Co4+氧化反应;采用熔盐法所制材料仅发生了Ni2+/Ni3+和Ni3+/Ni4+的氧化还原反应。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
引言  8-9
1 文献综述  9-26
  1.1 锂离子电池的发展  9-10
  1.2 锂离子电池工作原理  10-11
  1.3 锂离子电池的优缺点  11-12
  1.4 锂离子电池基本组成  12-24
    1.4.1 锂离子电池负极材料  12-13
    1.4.2 锂离子电池电解液  13
    1.4.3 锂离子电池正极材料  13-24
  1.5 课题的研究内容及意义  24-26
2 实验部分  26-29
  2.1 实验药品和仪器  26
  2.2 实验方法  26-27
  2.3 材料表征  27
  2.4 电化学性能测试  27-29
3 固相法制备LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2  29-48
  3.1 前躯体的研究  29-30
    3.1.1 前躯体研磨过程中发生的反应  29-30
    3.1.2 前躯体的红外分析  30
  3.2 煅烧温度对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2 的性能影响  30-37
    3.2.1 微观形貌分析  30-31
    3.2.2 微观结构分析  31-33
    3.2.3 电化学性能分析  33-37
  3.3 煅烧时间对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2 的性能影响  37-42
    3.3.1 微观形貌分析  37-38
    3.3.2 微观结构分析  38-39
    3.3.3 电化学性能分析  39-42
  3.4 样品倍率性能分析  42-44
  3.5 充电截止电压对样品性能影响  44-45
  3.6 循环机理的研究  45-46
  3.7 小结  46-48
4 熔盐法合成LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2  48-70
  4.1 熔盐比例对材料性能的影响  49-54
    4.1.1 微观形貌分析  49
    4.1.2 微观结构分析  49-51
    4.1.3 电化学性能分析  51-54
  4.2 合成温度对材料性能的影响  54-60
    4.2.1 微观形貌分析  55
    4.2.2 微观结构分析  55-57
    4.2.3 电化学性能分析  57-60
  4.3 合成时间对材料性能的影响  60-65
    4.3.1 微观形貌分析  60-61
    4.3.2 微观结构分析  61-62
    4.3.3 电化学性能分析  62-65
  4.4 倍率性能分析  65-66
  4.5 充电截止电压对材料性能影响  66-67
  4.6 循环机理的研究  67-69
  4.7 小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
导师简介  77-78
作者简介  78-79
学位论文数据集  79

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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 > 各种材料蓄电池
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