目前,電動汽車消費市場存在的主要矛盾是消費者日益增長的續(xù)航里程需要和動力電池能量密度較低之間的矛盾,而動力電池能量密度受限的根本原因是商業(yè)化的鋰離子電池中正負極材料的本征能量密度較低。本論文首選鋰離子電池含鋰態(tài)正極材料中能量密度最高、制備方法簡單且價格低廉的錳基富鋰相材料αLi2MnO3·（1-α）LiM02（M=Mn,Co,Ni）作為研究對象,通過表面包覆、離子摻雜以及材料復合等策略針對富鋰相材料存在的首次庫倫效率低、循環(huán)中電壓降、循環(huán)/倍率性能差以及高低溫性能差等關(guān)鍵性科學問題進行改性研究,為錳基富鋰相正極材料能夠在下一代高能量密度鋰離子電池儲能領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用提供實驗參考。論文的第一章首先介紹了鋰離子電池誕生的時代背景和鋰離子電池的工作原理,接著對幾種重要的正極材料和負極材料的結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點以及改性策略進行了扼要的綜述,最后確定了本論文的選題背景以及研究內(nèi)容。第二章總結(jié)了實驗中用到的藥品和實驗儀器,介紹了鋰離子電池組裝以及電化學性能測試的方法。第三章通過γ-MnO2前驅(qū)體法輔以固相燒結(jié)制備了富鋰相正極材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2,探索了富鋰相表面殘鋰的成分,并采用Ni/M... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：183 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１鋰離子電池工作原理示意圖［２］??以ＬｉＭ＿Ｆｅ〇．７Ｐ〇４和Ｌｉ４Ｔｉ５０１２（ＬＴ０）作為正負極材料組成電池，即（－）ＬＴＯ?Ｉ??ＬｉＰＦ－ＤＭＣ＋ＥＣＬｉＭｎＦｅ．Ｐ〇＋

＾ｍ?＂？?＇■?”，??ｆｉ??０?．?ＬＦＰ：ＬｉＦｃＦ〇４?％??＾?０?ＬＮＭＯｃＵＮｉ?衫?ＭｎＬ５０４?ｙｒＰ??—?ＬＭＯ：?ＬｉＭｎ２０４??（０?Ｏ??至?ＬＣＯ：ＬｉＣｏ０２??０?ＮＣＭ：?ＵＮｉｘＣ〇ｙｌＶｌｎ２０２??２?１?＇?ＮＣＡ；?ＬｉＮｉｊＣＯｙＡｉＰｚ??Ｌｉ－ｒｉｃｈ：?ａＵＭｎ０３?（ｌ－ａＪＬｉＮ＾ＣＯｊＭ＾Ｏｊ??０?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??Ｓｐｅｃｉｆｃ?Ｃａｐａｃｉｔｙ?（ｍＡｈ?ｇ?）??圖１．２常見的幾種正極材料的工作電壓和比容量［３］??ｌ．３．１橄欖石型ＬｉＦｅＰ０４材料??“鋰電之父”Ｇｏｏｄｅｎｏｕｇｈ的課題組在１９９７年首次合成了橄欖石型ＬｉＦｅＰＣＵ??（ＬＦＰ），并證明了其結(jié)構(gòu)中的鋰離子可以反復脫嵌（圖１．３）［４］。ＬＦＰ的晶體結(jié)構(gòu)??為四面體的Ｐ０４和八面體的Ｆｅ０６構(gòu)成的橄欖石結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于Ｐｎｍａ空間群。結(jié)??構(gòu)中的Ｌｉ＋處在四面體和八面體圍成的空隙中，因而Ｌｉ＋的擴散通道為一維通道??［５，?６］。憑借著較強的Ｐ－０共價鍵，聚陰離子（Ｐ０４）３？能夠保證橄欖石結(jié)構(gòu)在脫嵌??鋰離子的過程中保持穩(wěn)定，從而保證ＬＦＰ擁有出色的熱穩(wěn)定性和長循環(huán)穩(wěn)定性??ｍ。??ＬＦＰ的理論比容量約為１７０?ｍＡ?ｈ?ｇ－１，對電極為鋰片時的放電平臺電壓為??３．４?Ｖ，對應(yīng)的能量密度約為５７８?Ｗｈ?ｋｇ＇較低的能量密度一定程度上限制了其??在動力電池應(yīng)用上的進一步發(fā)展。另外，ＬＦＰ材料還具有兩個明顯的缺點，一??是材料體相的鋰離子擴散系數(shù)很低（？ＨＴ９?ｃｍ２?Ｗ），二是材料的電子導電性很差??（電導率？ｌ〇－９Ｓ?ｃｎｒ

?第一章緒論???系數(shù)，通常將ＬＦＰ制備成納米級或具有多孔結(jié)構(gòu)的顆粒來縮短鋰離子的擴散距??離［８－１０］。另一方面，為了改善ＬＦＰ的導電性，科研人員主要采用了碳包覆、??固體電解質(zhì)包覆、金屬基包覆、金屬氧化物包覆、導電聚合物包覆等改性策略??［１１－１８］。此外，采用不同離子分別對ＬｉＦｅＰ〇４晶格中的Ｌｉ位、Ｆｅ位、０位進行??摻雜也被用來提高它的倍率性能，例如，Ｎａ、Ｋ、Ｎｂ摻雜到Ｌｉ位［１９－２１］，Ｃｒ、??Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｎ摻雜到Ｆｅ位［２２－２５］，Ｆ、Ｃｌ摻雜到０位［２６，?２７］等。其中，Ｌｉ位和??０位摻雜主要是通過提高鋰離子電導率來提高倍率性能，而Ｆｅ位摻雜是通過提??高材料電子導電性來改善倍率性能。??魯?？?？?？?？??？ＦｐＱ??圖１．３橄欖石型ＬｉＦｅＰ０４的結(jié)構(gòu)示意圖［４］??當ＬｉＦｅＰ０４中的Ｆｅ２＋被Ｍｎ２＋取代成為ＬｉＭｎＰ〇４?（ＬＭＰ）時，它的放電平臺電??壓可以提升至４．１?Ｖ?（ｖｓ．?Ｌｉ／Ｌｉ＋），同時能量密度也增加到了?７００?Ｗｈ?ｋｇ－１左右，??５??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Room temperature operation of all-solid-state battery using a closo-type complex hydride solid electrolyte and a LiCoO2 cathode by interfacial modification[J]. Sangryun Kim,Kentaro Harada,Naoki Toyama,Hiroyuki Oguchi,Kazuaki Kisu,Shin-ichi Orimo.  Journal of Energy Chemistry. 2020(04)
[2]富鋰相@五氧化二鉻復合正極和鋰鈦氧負極匹配的具有可控庫侖效率新型鋰離子電池（英文）[J]. 丁翔,鄒邦坤,李禹宣,賀曉東,廖家英,唐仲豐,邵宇,陳春華.  Science China Materials. 2017(09)
[3]提高富鋰低鈷的Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08-xAlxO2（0≤x≤0.08）正極材料的電化學性能（英文）[J]. 伊廷鋒,韓嘯,楊雙瑗,朱彥榮.  Science China Materials. 2016(08)
[4]High-energy cathode materials for Li-ion batteries: A review of recent developments[J]. ZHANG YiDi,LI Yi,XIA XinHui,WANG XiuLi,GU ChangDong,TU JiangPing.  Science China（Technological Sciences）. 2015(11)



本文編號：3100873