【摘要】：隨著通訊設備、便攜式設備、電動汽車以及儲能的發(fā)展,人們對二次電池的需求越來越高,鋰離子電池作為高能量密度、高循環(huán)壽命的儲能體系越來越受關注,進一步提高鋰離子電池的能量密度一直是科研工作者研究的重要課題。富鋰錳基正極材料由于具有遠高于其它傳統(tǒng)鋰離子電池正極材料的容量和能量密度而受到高度評價,是下一代鋰離子電池正極材料的有力競爭者。但是富鋰材料自身的循環(huán)穩(wěn)定性特別是循環(huán)過程中的電壓衰減問題一直是影響它實際應用的瓶頸。本文對富鋰材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2進行改性研究,采用不同的方法改善它的電化學性能,主要包括以下幾個方面:1.通過簡單的機械混合和熱處理的方式將鋁基有機金屬框架材料(MOFs)作為包覆物的前驅體對富鋰材料進行包覆,極大地改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性和整體電化學性能。在2.0-4.8V電壓范圍,1C電流密度下充放電200圈容量仍有202.0 mAh/g,容量保持率為94.3%,和本體材料相比有很大的提高。然后通過采用不同鋁源進行對比,分析不同鋁源的包覆效果對材料的電化學性能造成的影響,從而得出電化學性能提高的原因:材料表面的包覆物避免了活性材料和電解液發(fā)生副反應造成容量損失,而且避免了表面SEI膜和電極阻抗的增長。另外包覆層均勻且非完全致密,在避免電解液直接接觸的同時也避免了阻礙鋰離子傳輸。除了減少活性物質損失外,包覆層還有利于提高本體材料的晶體結構穩(wěn)定性。2.針對富鋰材料的循環(huán)穩(wěn)定性特別是電壓衰減的問題,從材料二級結構入手,設計了一個空心微球結構改善材料相轉變、改善材料的電壓衰減。通過利用Mn02空心球作為模板,合成空心球形層狀富鋰材料,電化學性能(特別是循環(huán)和電壓衰減)相比于實心微球材料(ILRMS)有非常大地改善�？招奈⑶虿牧�(HLRMS)在1C循環(huán)200圈之后容量保持率為94.7%,而平均電壓在100圈時保持率97.0%,200圈之后保持率93.5%。電化學性能的改善歸功于材料的空心二次顆粒,一方面穩(wěn)定材料的結構,另一方面抑制材料從層狀相向尖晶石相轉變。3.我們從元素摻雜穩(wěn)定結構入手,利用表面Mg元素摻雜,在材料的表層構筑一個穩(wěn)定的支撐層,從而抑制材料由表及里的尖晶石相的轉變,改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性并且緩解材料電壓衰減。相較本體材料,表面摻雜質量2%的材料在1C電流密度下循環(huán)100圈,容量保持率從73.2%提升到93.4%,平均電壓保持率從91.1%提升到98.6%。研究結果表明表面摻雜的改性策略對于材料循環(huán)過程的穩(wěn)定性特別是電壓的穩(wěn)定性有很大的提升。
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM912
【圖文】：

１．２鋰離子電池概述逡逑１．２．１邐鋰離子電池的工作原理逡逑電池基本的工作原理示意圖在圖１．１。圖中所示電池是以層狀氧化物作為正逡逑極材料，以石墨碳作為負極材料。在充電過程中，Ｌｉ＋從正極脫出，并經(jīng)過電解液逡逑進入到負極，之后形成ＬｉＣ６的結構。電子通過外電路從正極轉移到負極補償正逡逑負極的電荷平衡。放電的過程發(fā)生于此相反的反應。因為在運作的過程中，鋰離逡逑子在正負極之間周而復始，所以被人們形象地稱為“搖椅電池”邋［１２，１３］。逡逑以商業(yè)化的電池為例，其電池的化學表達式為：逡逑（－）Ｃ｜邋１邋ｍｏｌ－Ｌ－＇ＬｉＰＦ６－ＥＣ＋ＤＥＣ｜ＬｉＣｏ0２（＋）逡逑電池反應的表達式：逡逑正極反應：ＬｉＣｏ0２＜￣＞Ｌｉｉ．ｘＣｏ0２＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ－逡逑負極反應：ｘＬｉ＋＋邋ｘｅ－＋邋６Ｃ＜＾ＬｉｘＣ６逡逑總反應：ＬｉＣｏ0２＋６Ｇ＾Ｌｉｉ－ｘＣｏ0２＋Ｌｉ＞ｃＣ６逡逑選用合適的層狀材料作為正極，充放電過程只會略微改變材料的層間距，不逡逑會破壞材料的結構，所以保證了材料充放電反應的可逆性［１４］。我們以商業(yè)化的鈷逡逑酸鋰電池為例

邐２５０逡逑Ｅｎｅｒｇｙ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邋（Ｗ邋ｈ邋ｋｇ－１）逡逑圖１．２不同電池的能量密度比較＾逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｃｏｍｐａｒｅ邋ｔｈｅ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｅｎｓｉｔｙ

ＷＣ逡逑０Ｉ０Ａ０Ｘ０Ａ０Ｉ０ＡＳＩ°Ａ０逡逑圖１．４正交橄欖石型ＬｉＦｅＰ0４的結構UO逡逑Ｆｉｇ邋１．４邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｏｌｉｖｉｎｅ－ｔｙｐｅ邋ＬｉＦｅＰ0４邋ｃａｔｈｏｄｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌ１２３１逡逑ＬｉＦｅＰ0４材料的電導率可以通過碳材料的包覆和納米化來改善［２９］。Ｓａｒａｎａｖａｎ逡逑等人用水熱法制備了邋ＬｉＦｅＰＣＵ納米片（ｂ軸方向？３０－４０ｎｍ）并且在表面包覆了邋５逡逑ｎｍ左右的碳層，材料的倍率性能相比介孔球形的ＬｉＦｅＰＯＶＣ復合材料有明顯地逡逑改善［３（）］。但是材料的納米化對于提高材料的振實密度和維持材料表面的穩(wěn)定不逡逑利，因此碳包覆成了改善ＬｉＦｅＰＣＭ電化學性能的首選方法。研宄表明，碳包覆對逡逑材料性能的影響不僅和包覆量有關系，還和碳材料結構［３１］，特別是雜化類型、Ｄ／Ｇ逡逑比率［３２］、碳源［３３］、碳厚度［３４］有關系。Ｐ摻雜的碳包覆可以有效地降低ＬｉＦｅＰ０４材逡逑６逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 馬璨;呂迎春;李泓;;鋰離子電池基礎科學問題(VII)——正極材料[J];儲能科學與技術;2014年01期

2 邢軍龍;楊續(xù)來;;鋰離子電池正極材料中的陽離子混排現(xiàn)象[J];電池工業(yè);2013年05期

本文編號：2754595