本文關(guān)鍵詞：快離子導(dǎo)體包覆富鋰層狀及層狀-尖晶石復(fù)合正極材料的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池因其具有能量密度高、重量輕、環(huán)境友好、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)工具、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。而隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展,尤其是電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,要求鋰離子電池具有更高的比能量,傳統(tǒng)的正極材料難以滿足高能量密度的要求,因此發(fā)展高比容量的鋰離子電池正極材料變得尤為重要。富鋰層狀固溶體正極材料x Li_2Mn O_3·(1-x)Li MO_2(0x1,M=Co、Ni、Cr、Ni1/2Mn1/2等)和層狀-尖晶石復(fù)合正極材料x Li[Mn_(1.5)Ni_(0.5)]O_4·(1-x){Li_2Mn O_3·Li(Mn_(0.5)Ni_(0.5))O_2}是最近幾年發(fā)展起來(lái)的新型正極材料,與傳統(tǒng)正極材料Li Co O_2相比,具有更高的放電比容量(250 m Ah/g)、更低廉的價(jià)格、更高的安全的性能。但是該類正極材料仍存在首次不可逆容量損失大,循環(huán)穩(wěn)定性差和倍率性能差等問(wèn)題阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展,所以需要對(duì)該類材料進(jìn)行修飾改性以滿足大功率、高能量密度的汽車用動(dòng)力電池的需求。本論文通過(guò)采用快離子導(dǎo)體Li Al O_2和Li_4Ti_5O_(12)進(jìn)行表面包覆來(lái)改善正極材料的電化學(xué)性能。結(jié)合XRD、SEM、TEM、交流阻抗、充放電測(cè)試對(duì)材料的形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)表征與測(cè)試,主要包括以下幾部分工作:(1)在課題組成員前期研究的基礎(chǔ)上,本論文選取的研究對(duì)象是層狀固溶體正極材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2和層狀-尖晶石復(fù)合正極材料Li_(1.1)Ni_(0.235)Mn_(0.735)Cr_(0.03)O_(2.3)。(2)采用溶液法對(duì)富鋰層狀正極材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2進(jìn)行Li Al O_2(1 wt%,3 wt%,5 wt%,8 wt%)包覆,采用溶膠-凝膠法對(duì)其進(jìn)行Li_4Ti_5O_(12)(1 wt%,3 wt%,5 wt%)包覆。XRD、SEM、TEM結(jié)果表明:Li Al O_2和Li_4Ti_5O_(12)均已成功包覆在Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2表面,且未改變材料原有的結(jié)構(gòu)。充放電性能測(cè)試表明:包覆5 wt%Li Al O_2樣品和包覆3 wt%Li_4Ti_5O_(12)樣品所表現(xiàn)出的電化學(xué)性能最優(yōu)。對(duì)于包覆5 wt%Li Al O_2樣品來(lái)說(shuō),其首次放電比容量為254.6 m Ah/g,首次庫(kù)侖效率為75.2%。50次循環(huán)后,容量保持率為98.9%。當(dāng)倍率為10 C時(shí),放電比容量可達(dá)58.29 m Ah/g。對(duì)于包覆3 wt%Li_4Ti_5O_(12)樣品來(lái)說(shuō),其首次放電比容量為258.4 m Ah/g,首次庫(kù)侖效率為82.1%,經(jīng)50次循環(huán)后,容量保持率為98.7%。當(dāng)倍率為10 C時(shí),放電比容量可達(dá)到110.8 m Ah/g。交流阻抗結(jié)果表明:包覆5 wt%Li Al O_2和3 wt%Li_4Ti_5O_(12)后的正極材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2的電荷轉(zhuǎn)移阻抗明顯減小。綜上所述,Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2表面包覆Li Al O_2或Li_4Ti_5O_(12)是改善其電化學(xué)性能的一種有效手段。此外,通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn):Li_4Ti_5O_(12)的包覆效果要優(yōu)于Li Al O_2。(3)在課題組成員前期研究的基礎(chǔ)上,首先利用共沉淀-高溫?zé)Y(jié)法制備出層狀-尖晶石復(fù)合正極材料Li_(1.1)Ni_(0.235)Mn_(0.735)Cr_(0.03)O_(2.3),之后采用溶膠-凝膠法對(duì)其進(jìn)行1 wt%、3 wt%、5 wt%含量Li_4Ti_5O_(12)的包覆改性。研究結(jié)果表明:Li_4Ti_5O_(12)包覆在原材料表面,未改變其原本結(jié)構(gòu)。包覆量為3 wt%樣品的電化學(xué)性能最佳。其首次放電比容量可達(dá)到260.4 m Ah/g,首次庫(kù)侖效率可達(dá)到93.9%。經(jīng)50次循環(huán)后,容量保持率為99.94%。當(dāng)倍率為10 C時(shí),放電比容量高達(dá)127.7 m Ah/g,包覆后的倍率性能大大提高。交流阻抗結(jié)果表明:包覆樣品的電荷轉(zhuǎn)移阻抗明顯減小。綜上所述,適量的Li_4Ti_5O_(12)包覆能有效地改善鋰離子電池正極材料Li_(1.1)Ni_(0.235)Mn_(0.735)Cr_(0.03)O_2.3的電化學(xué)性能。性能的提升歸因于Li_4Ti_5O_(12)包覆層可以阻礙正極材料與電解液之間的直接接觸,減少副反應(yīng)的發(fā)生,還可促進(jìn)鋰離子在電極界面的擴(kuò)散。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 正極材料 快離子導(dǎo)體 LiAl O_2 Li_4Ti_5O_(12) Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2 Li_(1.1)Ni_(0.235)Mn_(0.735)Cr_(0.03)O_(2.3) 表面修飾
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-30
• 1.1 引言13
• 1.2 鋰離子電池概述13-16
• 1.2.1 鋰離子電池發(fā)展史13-14
• 1.2.2 鋰離子電池組成及工作原理14-16
• 1.3 正極材料概述16-20
• 1.3.1 層狀正極材料的研究進(jìn)展16-19
• 1.3.2 尖晶石型正極材料的研究進(jìn)展19-20
• 1.3.3 橄欖石型正極材料的研究進(jìn)展20
• 1.4 富鋰層狀固溶體正極材料的研究進(jìn)展20-26
• 1.4.1 富鋰層狀固溶體正極材料簡(jiǎn)介20-21
• 1.4.2 富鋰層狀固溶體正極材料的結(jié)構(gòu)與充放電機(jī)理21-22
• 1.4.3 富鋰層狀固溶體正極材料的制備方法22-24
• 1.4.4 富鋰層狀固溶體正極材料的改性研究24-26
• 1.5 富鋰層狀-尖晶石復(fù)合正極材料的研究進(jìn)展26-28
• 1.6 本論文選題意義與研究?jī)?nèi)容28-30
• 第二章 實(shí)驗(yàn)的試劑、儀器與方法30-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器30-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料30-31
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器31
• 2.2 材料的表征方法31-32
• 2.2.1 X射線衍射（XRD）分析31-32
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡（SEM）分析32
• 2.2.3 透射電子顯微鏡（TEM）分析32
• 2.3 扣式電池的制作32-33
• 2.3.1 電極片的制作32
• 2.3.2 扣式電池的組裝32-33
• 2.4 材料的電化學(xué)性能測(cè)試33-34
• 2.4.1 充放電測(cè)試33
• 2.4.2 交流阻抗（EIS）分析33-34
• 第三章 富鋰層狀正極材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2的包覆改性研究34-56
• 3.1 引言34-35
• 3.2 材料的制備35
• 3.2.1 富鋰層狀正極材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_235
• 3.2.2 LiAlO_2包覆Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2的制備35
• 3.2.3 Li_4Ti_5O_(12)包覆Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2的制備35
• 3.3 LiAlO_2包覆Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2的性能研究35-45
• 3.3.1 材料的XRD分析35-37
• 3.3.2 材料的SEM分析37-38
• 3.3.3 材料的TEM分析38-39
• 3.3.4 材料的電化學(xué)性能分析39-45
• 3.4 Li_4Ti_5O_(12)包覆Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2的性能研究45-54
• 3.4.1 材料的XRD分析45
• 3.4.2 材料的SEM分析45-47
• 3.4.3 材料的TEM分析47
• 3.4.4 材料的電化學(xué)性能分析47-54
• 3.5 本章小結(jié)54-56
• 第四章 富鋰層狀-尖晶石復(fù)合材料Li_(1.1)Ni_(0.235)Mn_(0.735)Cr_(0.03)O_(2.3) 的包覆改性研究56-70
• 4.1 引言56-57
• 4.2 材料的制備57-58
• 4.2.1 層狀-尖晶石復(fù)合正極材料Li_(1.1)Ni_(0.235)Mn_(0.735)Cr_(0.03)O_(2.3) 的制備57
• 4.2.2 Li_4Ti_5O_(12)包覆Li_(1.1)Ni_(0.235)Mn_(0.735)Cr_(0.03)O_(2.3) 材料的制備57-58
• 4.3 Li_4Ti_5O_(12)包覆Li_(1.1)Ni_(0.235)Mn_(0.735)Cr_(0.03)O_(2.3) 的性能研究58-69
• 4.3.1 材料的XRD分析58-59
• 4.3.2 材料的SEM分析59-61
• 4.3.3 材料的TEM分析61-62
• 4.3.4 材料的電化學(xué)性能分析62-67
• 4.3.5 材料鋰離子擴(kuò)散系數(shù)（D）計(jì)算67-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第五章 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-81
• 致謝81-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要成果82-83

【相似文獻(xiàn)】

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1 林祖鑲;;第二屆快離子導(dǎo)體學(xué)術(shù)討論會(huì)在無(wú)錫召開(kāi)[J];化學(xué)通報(bào);1983年07期

2 ;快離子導(dǎo)體發(fā)展應(yīng)用專題討論會(huì)紀(jì)要[J];硅酸鹽通報(bào);1985年06期

3 施劍林,楊芝洲,林祖~，

本文編號(hào)：253483