本文關鍵詞：鋰離子電池正極材料的改性制備與性能研究

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【摘要】：近年來，隨著電動汽車的持續(xù)走熱，鋰離子電池成為研究的寵兒，特別是鋰離子電池正極材料。盡管目前實驗室和商業(yè)化的鋰離子電池正極材料種類繁多，但是它們都存在各自的缺陷。本文針對兩種比較熱門的材料進行了改性研究，錳基富鋰材料和磷酸鐵鋰，研究了它們的形貌、組成和電化學性能，并對它們具有優(yōu)異電化學性能的機制進行了研究。 采用共沉淀法制備了Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2球形碳酸鹽前驅體，并采用超聲輔助的方式對其進行混鋰，經過煅燒獲得了棒狀大晶粒的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2正極材料。通過XRD、SEM、TEM和XPS等手段對材料的結構和組成進行了表征，結果表明材料具有良好的層狀晶型結構。電化學性能表征結果顯示，在0.1C倍率時其首次的放電比容量高達298mAh g-1，100次之后的容量保持率為91.2%。同時材料具有良好的倍率性能，在1C條件下的最高放電比容量為190mAh g-1，經過100次循環(huán)，沒有衰減的跡象。進一步對其100次循環(huán)之后的電極片進行了XRD和SEM分析，得知其特殊的形貌能夠抵抗Li+嵌入/嵌出的破壞和過渡金屬離子的溶出。 采用超聲輔助混鋰的方式制備了Li1.2Mn0.6Ni0.2O2，其前驅體同樣采用沉淀法制備。通過SEM和TEM表征，表明該材料具有與Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2類似的棒狀結構，證明了超聲輔助混鋰能夠影響材料的結構和形貌。組裝的電池在0.1C放電倍率下，最高放電比容量為245mAh g-1，100次循環(huán)之后的容量保持率為87.8%。此外采用靜電紡絲的方法制備了三元錳基富鋰正極材料，通過XRD和SEM表征，得知其形貌為納米纖維狀，但是不具備良好的層狀結構和晶型，電化學結果顯示電化學性能較差，有待進一步改進研究方案。 利用Super P對商業(yè)化的LiFePO4進行包覆，以提升其電化學性能。不僅在LiFePO4表面形成了二次碳層網絡結構，，使其導電性有了顯著提高，同時由于形成的這種特殊的結構，使其形成了電容器輔助電池碳層，即碳層能夠作為類似電容器的功能而儲存一定的電量，從而使包覆后的電極0.1C倍率下放電比容量達到193mAh g-1，超越了磷酸鐵鋰的理論比容量，同時倍率性能也得到很大的提高。
【關鍵詞】：鋰離子電池 正極材料 棒狀大晶粒 錳基富鋰 磷酸鐵鋰
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 引言9-10
• 1.2 鋰離子電池的原理及結構10
• 1.3 鋰離子電池正極材料研究進展10-16
• 1.3.1 層狀正極材料11-14
• 1.3.2 橄欖石結構正極材料14-15
• 1.3.3 尖晶石結構正極材料15-16
• 1.4 正極材料的改性研究16-21
• 1.4.1 優(yōu)化微觀結構17-18
• 1.4.2 表面包覆18-20
• 1.4.3 金屬元素摻雜20-21
• 1.5 本課題主要研究內容21-23
• 第2章 實驗材料與方法23-31
• 2.1 實驗材料23-24
• 2.1.1 化學試劑23-24
• 2.1.2 實驗儀器設備24
• 2.2 扣式電池的組裝工藝24-26
• 2.2.1 電極片的制備24-25
• 2.2.2 扣式電池的組裝25-26
• 2.3 實驗方法26-27
• 2.3.1 錳基富鋰材料的制備26
• 2.3.2 靜電紡絲制備的富鋰材料26-27
• 2.3.3 商業(yè)化磷酸鐵鋰的包覆27
• 2.4 材料的物理化學性質表征27-28
• 2.4.1 掃描電鏡實驗(SEM)27
• 2.4.2 X射線衍射(XRD)27
• 2.4.3 X射線能譜分析(EDS)27
• 2.4.4 X-射線光電子能譜（XPS）表征27-28
• 2.4.5 透射電鏡表征(TEM)28
• 2.4.6 拉曼光譜分析28
• 2.5 材料的電化學性能測試28-31
• 2.5.1 循環(huán)伏安測試(CV)28
• 2.5.2 電池充放電及循環(huán)性能測試28-29
• 2.5.3 倍率性能測試29
• 2.5.4 電化學阻抗測試29-31
• 第3章 錳基富鋰材料的制備和表征31-55
• 3.1 前言31
• 3.2 錳基富鋰材料 Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2的制備和表征31-46
• 3.2.1 錳基富鋰材料的 Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2結構表征32-38
• 3.2.2 錳基富鋰材料 Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2的電化學性能表征38-44
• 3.2.3 兩種材料經過深度充放電之后的結構表征44-46
• 3.3 Li_(1.2)Mn_(0.6)Ni0._2O_2的制備和表征46-49
• 3.3.1 錳基富鋰材料的 Li_(1.2)Mn_(0.6)Ni0._2O_2結構表征46-48
• 3.3.2 錳基富鋰材料的 Li_(1.2)Mn_(0.6)Ni0._2O_2電化學性能表征48-49
• 3.4 納米纖維富鋰材料的制備和表征49-52
• 3.4.1 納米纖維狀的結構 Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2及其前驅體結構表征49-51
• 3.4.2 納米纖維狀的結構 Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2的電化學表征51-52
• 3.5 本章小結52-55
• 第4章 商業(yè)化磷酸鐵鋰的包覆改性研究55-63
• 4.1 前言55
• 4.2 制備方法55-56
• 4.3 LFP-5 與 LFP-0 的結構表征56-59
• 4.3.1 X射線衍射56-57
• 4.3.2 拉曼分析57-58
• 4.3.3 掃描和透射電鏡分析58-59
• 4.4 LFP-5 和 LFP-0 的電化學性能表征59-61
• 4.4.1 LFP-5 和 LFP-0 的循環(huán)性能和倍率性能59-60
• 4.4.2 LFP-5 和 LFP-0 的阻抗和循環(huán)伏安分析60-61
• 4.5 本章小結61-63
• 結論63-65
• 參考文獻65-75
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單75-77
• 致謝77

【共引文獻】

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