【摘要】：富鋰錳基正極材料以其超高比容量（250mAh·g-1）、特殊的充放電機(jī)制、熱穩(wěn)定性高、安全環(huán)保和低成本等特點(diǎn)廣受關(guān)注，具有相當(dāng)可觀的應(yīng)用潛力。然而，該材料目前尚處于研究初期，離市場應(yīng)用階段尚有較大距離，存在一些亟待解決的問題，如首次高電壓平臺(tái)引起的首次效率較低、低電子電導(dǎo)造成的倍率性能差、制備方法工藝復(fù)雜、控制變量多、批次間的穩(wěn)定性差等，大大限制了富鋰錳基材料的工業(yè)生產(chǎn)和市場應(yīng)用。 本論文以提高富鋰錳基正極材料的電化學(xué)性能為目的，采用工藝簡單、易實(shí)現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)的噴霧干燥法制備xLi2MnO3·(1-x)Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2(0.4≤x≤0.6)和Li(1+y)Ni0.166Co0.166Mn0.667O2+δ(0.3≤y≤0.6)系列材料，系統(tǒng)探討了兩相比例和鋰含量對(duì)材料性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)x=0.5、 y=0.4時(shí)，材料Li1.4Ni0.166Co0.166Mn0.667O2+δ在2.0~4.8V，0.1C倍率下的放電比容量高達(dá)277.5mAh·g-1，首次效率為81.2%，20周循環(huán)后的容量保持率為95.3%，在0.2/0.5/1/2C倍率下，材料的相對(duì)容量保持率分別達(dá)到92.3%、85.1%、76.4%和69.8%。 以上述電化學(xué)性能最優(yōu)異的Li1.4Ni0.166Co0.166Mn0.667O2+δ為研究對(duì)象，研究了燒結(jié)工藝對(duì)其物理指標(biāo)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間直接影響材料的晶體結(jié)構(gòu)和一次顆粒粒徑，進(jìn)而影響電化學(xué)性能。在600oC保溫10h、920oC保溫16h條件下，材料在2.5~4.65V，0.2C倍率下的首周放電容量為230.0mAh·g-1，40周循環(huán)后容量仍有219.7mAh·g-1，容量保持率為95.5%。 通過噴霧干燥法對(duì)Li1.4Ni0.166Co0.166Mn0.667O2+δ材料進(jìn)行CNTs包覆改性。結(jié)果表明，CNTs纏繞式包覆有效改善了材料的首效及倍率性能。在2.5~4.65V，0.2C倍率下，0.5%CNTs包覆的材料首次放電容量可達(dá)250.5mAh·g-1，首次庫倫效率為77.4%，而未包覆材料的容量和首效僅為222.6mAh·g-1和71.1%。在2C倍率下，包覆材料的放電容量為199.5mAh·g-1，而未包覆材料僅為135.6mAh·g-1。通過循環(huán)伏安法、四探針法和交流阻抗測試分析了CNTs纏繞式包覆對(duì)富鋰錳基材料的改性機(jī)理。
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圖片說明： 子電池工作原理電池中充當(dāng)鋰離子遷移載體的角色，一般分為水系和成熟的為有機(jī)電解液，即以合適的鋰鹽完全溶解在有同效用的添加劑形成的電解質(zhì)溶液。常用有機(jī)溶劑二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC），鋰鹽多用六氟磷成本的 12%左右，六氟磷酸鋰（LiPF6）很難生產(chǎn)，的一半。起到隔離正負(fù)極材料的作用，允許鋰離子通過并阻擋極材料間的遷移。目前隔膜多采用微孔聚烯烴薄膜，聚乙烯膜（PE）、復(fù)合多層聚丙烯/聚乙烯膜（PP/PE成本的 30%，其性能直接影響電池的安全和電化學(xué)性池是基于鋰離子在正負(fù)極間可逆脫嵌以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能，也被稱作“搖椅電池”。圖 1.1 所示為以LiCoO2-石作原理圖[8]。
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圖片說明： 放電電壓范圍內(nèi)，能與電解質(zhì)溶液相容，結(jié)構(gòu)穩(wěn)離子脫嵌過程中，材料主體結(jié)構(gòu)沒有或很少發(fā)生費(fèi)米能級(jí)和鋰位能，使電池具有較高的開路電壓反應(yīng)具有較高的 Gibbs 自由能，從而使材料具有優(yōu)良的電傳導(dǎo)性，以提高快速充放電能力；來源廣泛、價(jià)格便宜、對(duì)環(huán)境友好。求的正極材料一般為元素周期表中ⅣB 族過渡i、Cr、V 等）構(gòu)成的含鋰氧化物。根據(jù)結(jié)構(gòu)分層狀 LiMO2（M=Ni、Co、Mn 等，或兩者以上和橄欖石型 LiMPO4（M=Fe、Mn 等），而批量LiMnO2、LiFePO4和三元材料（鎳鈷錳酸鋰）。MO2（LiCoO2）是目前應(yīng)用最廣泛、商業(yè)化最成熟為六方層狀α-NaFeO2結(jié)構(gòu)，空間群為 R 3m ，，其
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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1 杜柯;周偉瑛;胡國榮;彭忠東;蔣慶來;;鋰離子電池正極材料Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_2的合成及電化學(xué)性能研究[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2010年14期

本文編號(hào)：2514858