由于日益嚴重的氣候問題以及石化危機,全球在開發(fā)可持續(xù)能源（太陽能和風能等）方面的研究和投資正以前所未有的速度增長。為了將可持續(xù)能源廣泛應用于電子設備和電動汽車,這需要鋰離子電池具有更高的能量和功率,因而要求正極材料的容量更高、倍率更好。憑借其容量性能是現(xiàn)有正極材料中最高這個優(yōu)勢,富鋰錳基層狀氧化物（LLO）成為了最熱門的候選者之一。然而,這類材料還存在一些致命的缺點,如倍率性能較差、首次庫倫效率較低以及電壓衰減嚴重。為了優(yōu)化這類材料的倍率性能,科研工作者開發(fā)了大量能夠提高它們電導率的方法,如摻雜和包覆。雖然摻雜和包覆改性后的LLO正極材料的倍率性能得到了一定的改善,但是其提升的程度依然難以滿足電動汽車等對鋰離子電池能量和功率密度的要求。因此,本論文將通過改善離子和電子電導率的方法優(yōu)化LLO正極材料的倍率性能。改善離子電導率的方法有:縮短鋰離子在活性材料中的移動距離、提高活性材料中各元素的分布均勻度以及將三維鋰離子通道引入活性材料內部。改善電子電導率的方法為利用還原氧化石墨烯（rGO）原位修飾富鋰錳基氧化物正極材料。主要工作總結如下:1.采用二甘醇輔助共沉淀前驅體法、CTAB輔助共沉淀前... 

【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

晶體模型：(a)xLi2MnO3·(1-x)LiMnO2和(b)Li[LixM1-x]O2[1]

1-2. Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2(Li2MnO3·LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)在0.1和 2 C 下的(a)首次充曲線和(b)對應的 dQ/dV 曲線[71]；(c)和(d) Li2MnO3·LiMO2(M =Ni0.33Co0.33Mn0.33)電極兩化學反應路徑的相圖[35]。ig. 1-2. (a) First charge-discharge curves and (b) the corresponding dQ/dV plots i1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2(Li2MnO3·LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2) at 0.1 and 2 C (1 C =250 mA h gates. (c) and (d) Compositional phase diagrams showing two different electrochemical reactiathways for the Li2MnO3·LiMO2(M =Ni0.33Co0.33Mn0.33) electrode.至于長電壓平臺(B)區(qū)域，普遍認為它與 Li2MnO3組分的電化學活化過程相，它是LLO正極材料高容量性能的來源。(B)區(qū)域對應著圖1-2(c,d)中的“ProceII)”階段，此時 Li+從 Li2MnO3組分中脫出[76]。該過程在 dQ/dV 曲線中的氧化為圖 1-2b 中的“O1”峰。為了將 Li2MnO3組分的電化學活化機理弄明白，科研工作者轉而研究純 Li2MnO3的循環(huán)機理[77-81]。他們認為純 Li2MnO3的結果將有助于揭示 LLO 正極材料的電化學活化機理。研究結果表明，純i2MnO3的電化學活化過程會發(fā)生 H+/Li+的離子交換[77]。然而，Tran 等利用 NM

圖 1-3. 不同電荷狀態(tài)下 LLO 正極材料的電子態(tài)密度原理圖[83]。LLO 經(jīng)歷氧的釋放和結構演變的同時將會伴隨著電子結構的重排，從而激活 Mn3+/Mn4+氧化還原反應。Fig. 1-3. Schematic electronic density of states (DOS) of LLO cathode at different states of chargeLLO undergoes oxygen evolution and structural evolution accompanied with electronic structurerearrangement resulting in the Mn3+/Mn4+redox activation.對 LLO 電化學活化過程的另一種解釋是氧的釋放，他們認為 Li+從 LLO 中的 Li2MnO3組分脫出時將會伴隨著氧的釋放[17,84]。對于這一理論，科研工作者利


本文編號：3218468