本文關(guān)鍵詞：高分子輔助噴霧干燥—焙燒法制備納米級(jí)富鋰三元材料，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人們?nèi)粘Ｉ钏降闹鸩教岣?智能消費(fèi)電子類產(chǎn)品(如:手機(jī)、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)等)日益盛行,但因其儲(chǔ)能電池能量密度低、續(xù)航時(shí)間短等問題,很難滿足人們的日常使用需求,因此,探索和開發(fā)具有更高比能量密度及長(zhǎng)循環(huán)壽命鋰離子電池顯得極為迫切。鋰離子電池正極材料克容量大小直接決定著電池比能量密度的高低,富鋰錳基正極材料x Li2MnO3?(1-x)LiMO2(M=Ni,Co,Mn)因其高比容量(250mAh/g)、高熱穩(wěn)定性且綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),引起了各國(guó)科研工作者們的廣泛研究興趣。然而,前期研究表明,該材料電池首次充放電庫(kù)倫效率低、倍率性能差、循環(huán)過程容量、電壓衰減快等問題嚴(yán)重阻礙了其未來商業(yè)化實(shí)用性進(jìn)程。本論文采用簡(jiǎn)便高效的高分子聚合物輔助噴霧干燥法,制備及組裝以鎳鈷錳三元富鋰材料為正極材料的鋰離子二次電池。分別考察了鎳/鈷/錳/鋰四組分摩爾比例、高分子聚合物添加量、沉淀反應(yīng)時(shí)間、噴霧方式、焙燒溫度等因素對(duì)電池充放電性能的影響。此外,基于上述優(yōu)化條件,進(jìn)一步開展富鋰三元材料倍率性能提升和循環(huán)穩(wěn)定性改善方面的研究工作,研究所得相關(guān)結(jié)論如下:首先,對(duì)鎳鈷錳三元富鋰材料LixNi0.15Co0.15Mn0.7O2中不同鋰摩爾含量(x=1.1-1.8)電池性能進(jìn)行了對(duì)比考察。結(jié)果顯示,當(dāng)鎳鈷錳三元富鋰材料中鋰摩爾含量為1.4時(shí),該材料具有最高比容量和最佳的循環(huán)穩(wěn)定性(1C電流密度下穩(wěn)定循環(huán)70圈且容量保持率高達(dá)132.2%,70圈放電比容量為177.7mAh/g)。此外,恒定鋰摩爾量為1.4,分別對(duì)富鋰三元材料中不同鎳/鈷/錳摩爾比材料電池性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2和Li1.4Ni0.2Co0.15Mn0.7O2具有最高的比容量和最佳的循環(huán)穩(wěn)定性。Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2首圈放電比容量為134mAh/g(1C),前幾圈容量穩(wěn)定增長(zhǎng),至第16圈其放電比容量為202mAh/g,100圈容量保持率為126.9%;Li1.4Ni0.2Co0.15Mn0.7O2首圈放電比容量為206mAh/g,100圈容量保持率為74%。通過分析不同圈數(shù)的放電曲線,發(fā)現(xiàn)材料放電平臺(tái)均隨著循環(huán)緩慢衰減,其中Li1.4Ni0.2Co0.15Mn0.7O2電壓衰減最為嚴(yán)重。Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2首圈放電中值電壓為3.6V,1C電流密度循環(huán)100圈,其中值電壓保持率為86%;Li1.4Ni0.2Co0.15Mn0.7O2首圈放電中值電壓為3.5V,1C電流密度循環(huán)100圈,其中值電壓保持率為74%。其次,以Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2為制備目標(biāo),系統(tǒng)考察相關(guān)制備工藝條件:高分子聚合物種類及其用量、溶液pH值、原料加料方式、前驅(qū)體合成反應(yīng)時(shí)間和焙燒溫度等,對(duì)材料結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:添加適量瓜爾豆膠、羧甲基纖維素和羥乙基纖維素(HEC)能有效的分散前軀體溶液,可改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性。SEM表征發(fā)現(xiàn),加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%HEC明顯降低顆粒的團(tuán)聚,BET結(jié)果顯示加入HEC可增大LNCM的比表面積,阻抗EIS測(cè)試表明HEC加入可以降低Li+在體相擴(kuò)散阻抗和電化學(xué)阻抗。充放電測(cè)試顯示加入HEC可顯著改善LNCM的倍率性和循環(huán)穩(wěn)定性:0.1C循環(huán)50圈,10%HEC-LNCM容量保持率為93%,而未加入HEC制備的LNCM容量保持率為53%;0.5C循環(huán)168圈,HEC-LNCM比容量達(dá)201.9mAh/g,而LNCM第168圈僅有113.3mAh/g;1C循環(huán)100圈,第100圈,HEC-LNCM容量達(dá)210mAh/g,而LNCM僅為159mAh/g;2C循環(huán)50圈,HEC-LNCM容量達(dá)174Ah/g,而LNCM僅為146mAh/g。最后在最佳合成條件基礎(chǔ)上,研究了元素?fù)诫s(Al、Na、K、Mg、Y)和Li4Mn5O12包覆對(duì)HEC-LNCM性能的影響。電化學(xué)測(cè)試顯示,Na、Y摻雜具有正面效應(yīng),可改善HEC-LNCM的循環(huán)穩(wěn)定性,可能是Na、Y摻雜可穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)。Li1.4Ni0.15Co0.15Mn0.70O2在0.5C倍率下首圈放電比容量為220mAh/g,100圈容量保持率為79.5%,而摻雜0.5%Na的,其首圈放電比容量為215mAh/g,100圈容量保持率為99.5%。Li4Mn5O12包覆可改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性和保持較高的克容量,性能改善可能是因?yàn)長(zhǎng)i4Mn5O12包覆層的物理阻隔作用可緩解電解液對(duì)LNCM的腐蝕以及對(duì)過渡金屬離子的溶解。Li4Mn5O12包覆的材料0.5C倍率下首圈放電比容量為136mAh/g,前幾圈容量穩(wěn)定增長(zhǎng),至第10圈容量達(dá)200mAh/g,100圈容量保持率為140%,未包覆的首圈為198mAh/g,100圈容量保持率為80.3%。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2 噴霧干燥 高分子 元素?fù)诫s Li4Mn5O12包覆
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-34
• 1.1 引言13-14
• 1.2 鋰離子電池概述14-15
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展簡(jiǎn)史14
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理與特性14-15
• 1.3 常見鋰離子電池正極材料介紹15-22
• 1.3.1 鋰離子電池正極材料及要求16
• 1.3.2 常見正極材料介紹16-22
• 1.4 層狀富鋰正極材料xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的研究進(jìn)展22-31
• 1.4.1 xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)23-26
• 1.4.2 xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的制備方法26-28
• 1.4.3 xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的包覆改性28-29
• 1.4.4 xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的摻雜改性29-30
• 1.4.5 xLi_2MnO_3·(1-x)Li MO_2(0＜x＜1，M=Ni，Co，Mn)的其它改性30-31
• 1.5 論文工作的研究意義及主要內(nèi)容31-34
• 1.5.1 論文工作的研究意義31-34
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與合成方法34-41
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料與化學(xué)試劑34-35
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備35-36
• 2.3 樣品的制備36-39
• 2.3.1 聚乙二醇輔助制備Li_(1+δ)Ni_xCo_yMn_(1-x-y)O_2(0＜δ＜1，0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＜0.5)36
• 2.3.2 HEC輔助制備Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2正極材料的條件優(yōu)化36-38
• 2.3.3 元素M摻雜的Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2正極材料的制備38
• 2.3.4 Li_4Mn_5O_(12)包覆的Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2正極材料的制備38-39
• 2.4 樣品的表征39-40
• 2.4.1 X-射線衍射（XRD）39
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡（SEM）39
• 2.4.3 熱重/差熱分析39
• 2.4.4 氮?dú)馕摳椒治觯˙ET）39-40
• 2.4.5 透射電子顯微鏡測(cè)試(TEM)40
• 2.5 樣品的電化學(xué)性能測(cè)試與評(píng)估40-41
• 2.5.1 紐扣電池的制備40
• 2.5.2 充放電測(cè)試40
• 2.5.3 阻抗測(cè)試(EIS)40-41
• 第三章 Li_(1+δ)Ni_xCo_yMn_(1-x-y)O_2(0＜δ＜1，0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＜0.5)的制備41-50
• 3.1 引言41-42
• 3.2 結(jié)果與討論42-49
• 3.2.1 鋰含量對(duì)Li_xNi_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能研究42-44
• 3.2.2 鎳鈷錳比例對(duì)Li_(1.4)Ni_xCo_yMn_(1-x-y)O_2(0＜x+y＜0.5)結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能影響44-49
• 3.3 本章小結(jié)49-50
• 第四章 HEC-LNCM的制備條件優(yōu)化50-72
• 4.1 引言50
• 4.2 結(jié)果與討論50-70
• 4.2.1 不同種類高分子的考察50-54
• 4.2.2 考察p H對(duì)Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2的性能影響54-56
• 4.2.3 考察加料順序：分步滴加或同時(shí)滴加56-58
• 4.2.4 考察草酸用量對(duì)Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學(xué)性能的影響58-60
• 4.2.5 考察HEC用量對(duì)Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學(xué)性能的影響60-62
• 4.2.6 考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學(xué)性能的影響62-68
• 4.2.7 考察焙燒溫度對(duì)Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學(xué)性能的影響68-70
• 4.3 本章小結(jié)70-72
• 第五章 不同元素?fù)诫s和氧化物包覆對(duì)HEC-LNCM正極材料結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響72-88
• 5.1 引言72-73
• 5.2 結(jié)果與討論73-86
• 5.2.1 鋁摻雜對(duì)材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學(xué)性能的影響73-75
• 5.2.2 鎂摻雜對(duì)材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學(xué)性能的影響75-77
• 5.2.3 鈉摻雜對(duì)材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學(xué)性能的影響77-80
• 5.2.4 鉀摻雜對(duì)材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學(xué)性能的影響80-82
• 5.2.5 釔(Y)摻雜對(duì)材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學(xué)性能的影響82-84
• 5.2.6 Li_4Mn_5O_(12)包覆對(duì)材料Li_(1.4)Ni_(0.15)Co_(0.15)Mn_(0.7)O_2電化學(xué)性能的影響84-86
• 5.3 本章小結(jié)86-88
• 總結(jié)與展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-97
• 讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果97-99
• 致謝99-100
• 附件100

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 戴命和;噴霧干燥過程的熱質(zhì)分析及工藝優(yōu)化[J];湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年03期

2 張文孝,姚學(xué)勇,王玉德;噴霧干燥現(xiàn)狀及展望[J];食品與機(jī)械;2004年06期

3 蔡業(yè)彬;曾亞森;胡智華;李瑞芳;;噴霧干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀及其在中藥制藥中的應(yīng)用[J];化工裝備技術(shù);2006年02期

4 黃立新;周瑞君;MUJUMDAR A S;;噴霧干燥過程中產(chǎn)品玻璃化溫度轉(zhuǎn)變和質(zhì)量控制[J];林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè);2007年01期

5 柏兆鈺;董金善;;噴霧干燥的節(jié)能分析[J];江蘇化工;2007年02期

6 周學(xué)永;高建保;;噴霧干燥粘壁的原因與解決途徑[J];應(yīng)用化工;2007年06期

7 安鴻翔;周連泉;范智文;孫琦;林小龍;;模擬含硼廢液噴霧干燥試驗(yàn)[J];輻射防護(hù);2007年05期

8 于才淵;馬晶晶;;噴霧干燥—目標(biāo)產(chǎn)品的功能化[J];干燥技術(shù)與設(shè)備;2007年04期

9 黃立新;周瑞君;A.S.Mujumdar;;近年來噴霧干燥技術(shù)研究進(jìn)展和展望[J];干燥技術(shù)與設(shè)備;2008年01期

10 M.Piatkowski;I.Zbicinski;朱曙光;;火焰噴霧干燥[J];干燥技術(shù)與設(shè)備;2013年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王優(yōu)杰;徐德生;馮怡;趙立杰;阮克鋒;;利用數(shù)值模擬技術(shù)分析中藥噴霧干燥黏壁原因[A];2013年中國(guó)藥學(xué)大會(huì)暨第十三屆中國(guó)藥師周論文集[C];2013年

2 李克林;;噴霧干燥粒料連續(xù)壓制時(shí)的單重變化規(guī)律研究[A];2009（重慶）中西部第二屆有色金屬工業(yè)發(fā)展論壇論文集[C];2009年

3 黃偉歡;義建軍;;噴霧干燥法制備烯烴聚合催化劑載體[A];中國(guó)化工學(xué)會(huì)2008年石油化工學(xué)術(shù)年會(huì)暨北京化工研究院建院50周年學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2008年

4 劉殿宇;;空氣相對(duì)濕度對(duì)噴霧干燥生產(chǎn)的影響[A];第三屆中國(guó)奶業(yè)大會(huì)論文集(下冊(cè))[C];2012年

5 王志良;單金海;張宇;劉向云;;玻璃化轉(zhuǎn)變對(duì)中藥噴霧干燥過程和產(chǎn)品質(zhì)量的影響[A];2008年中國(guó)藥學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)暨第八屆中國(guó)藥師周論文集[C];2008年

6 陳元元;王國(guó)恒;;離心壓力式噴霧干燥過程數(shù)學(xué)模擬研究[A];2004全國(guó)能源與熱工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（2）[C];2004年

7 莫玲;李竹青;陳劍;龐婕;樂國(guó)偉;施用暉;;噴霧干燥對(duì)牛奶蛋白質(zhì)氧化的影響[A];優(yōu)質(zhì)乳品與嬰幼兒健康：挑戰(zhàn)和解決方案專題研討會(huì)論文集[C];2011年

8 馮怡;劉怡;徐德生;;中藥提取物微囊化防潮技術(shù)及其機(jī)理研究[A];2006第六屆中國(guó)藥學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

9 Mohammad Khalid Anwer;Suraj Prakash Agarwal;Asgar Ali;Yasmin Sultana;崔佳麗;劉建珍;游金坤;李鵬;李寶才;;黃腐酸和羥丙基-β-環(huán)糊精對(duì)阿司匹林分解的影響比較[A];2010中國(guó)腐植酸行業(yè)低碳經(jīng)濟(jì)交流大會(huì)暨第九屆全國(guó)綠色環(huán)保肥料（農(nóng)藥）新技術(shù)、新產(chǎn)品交流會(huì)論文集[C];2010年

10 崔云龍;劉杰;姬金紅;;噴霧干燥溫度對(duì)Bt制劑質(zhì)量的影響[A];全國(guó)生物防治學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];1995年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 路進(jìn)寧 林祖聰;關(guān)注噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用細(xì)節(jié)[N];中國(guó)醫(yī)藥報(bào);2006年

2 于海春;了解可壓性影響因素 合理選用噴霧干燥乳糖[N];中國(guó)醫(yī)藥報(bào);2006年

3 楊楊;QLY型噴霧干燥實(shí)驗(yàn)機(jī)研制完成[N];中國(guó)石化報(bào);2003年

4 ;噴霧干燥技術(shù)在中藥配方顆粒中的應(yīng)用體會(huì)[N];中國(guó)中醫(yī)藥報(bào);2003年

5 武漢工業(yè)大學(xué) 王志輝;墻地磚生產(chǎn)過程中噴霧干燥的工藝控制[N];中國(guó)建材報(bào);2002年

6 徐春容邋白娟;德眾藥業(yè)：“德在藥中”的百年企業(yè)[N];中國(guó)醫(yī)藥報(bào);2008年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 許建辰;口腔崩解給藥系統(tǒng)的研究[D];天津大學(xué);2008年

2 石曉峰;噴霧干燥法制備納米復(fù)合含能微球及性能表征[D];中北大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 楊曉菲;氨基酸對(duì)粉霧劑肺部沉積效率及晶型的影響[D];蘇州大學(xué);2015年

2 馬川川;奶粉氣流式噴霧干燥過程中粘壁現(xiàn)象的研究[D];齊魯工業(yè)大學(xué);2015年

3 李彤輝;發(fā)菜細(xì)胞多糖耦聯(lián)循環(huán)發(fā)酵研究[D];河南科技大學(xué);2015年

4 陳來蔭;薏米固體飲料的加工工藝研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2012年

5 李騫;Kefir粒菌相分析與植物乳軒菌發(fā)酵劑的制備[D];天津科技大學(xué);2011年

6 李金龍;雞骨架綜合利用關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

7 賈超;噴霧干燥系統(tǒng)運(yùn)行條件對(duì)嬰兒配方乳粉品質(zhì)影響的研究[D];黑龍江東方學(xué)院;2015年

8 張志豐;亞高溫噴霧干燥實(shí)驗(yàn)設(shè)備的開發(fā)[D];黑龍江東方學(xué)院;2015年

9 張麗茹;淮山全粉噴霧干燥制備及品質(zhì)研究[D];湖南農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

10 陳鵬;高分子輔助噴霧干燥—焙燒法制備納米級(jí)富鋰三元材料[D];華南理工大學(xué);2016年

  本文關(guān)鍵詞：高分子輔助噴霧干燥—焙燒法制備納米級(jí)富鋰三元材料，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：254345