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高容量富锂层状固溶体锂离子电池正极材料的研究

作　者: 刘冰
导　师: 李德成；郑军伟
学　校: 苏州大学
专　业: 物理化学
关键词: 层状固溶体锂离子二次电池正极材料表面修饰
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

能量密度高、体积小、重量轻、循环寿命长的锂离子二次电池在电子产品、电动工具和电动汽车等领域得到了广泛的应用。当前锂离子二次电池使用的主流正极材料是钴酸锂LiCoO₂,由于其容量利用率低、成本高,且废弃后对环境有有害的影响,因此很难被大型锂离子电池所采用。因此,相对容量高、价格低廉的Li₂MnO₃-LiMO₂固溶体材料引起了科研工作者的重视。但是Li₂MnO₃-LiMO₂存在着初期比容量衰减迅速和动力学性能较差等缺点。为了克服以上的缺点,提高锂离子电池的可逆容量和循环寿命,研究者进行了系统的改进工作。本论文主要研究层状固溶体材料Li[Li_xNi_yMn_zCo_1-x-y-z]O₂,通过改变其组分、表面修饰等方式来尝试改善其电池特性。本论文中采用共沉淀法合成了复合碳酸盐前躯体,与过量的LiOH·H2O混合后煅烧得到系列层状固溶体材料（1-x）Li_1.17Ni_0.25Mn_0.58O₂·xLiNi_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂ （x=0, 0.3, 0.5, 0.7）。通过对系列材料首次充放电容量的对比,在Mn>0.5, 0<Co<0.1区间内电池具有较高的初期充放电比容量。选取Li[Li_0.2Ni_0.28Mn_0.59Co_0.03]O₂单一组分研究表面修饰对其电化学性能的影响。采用了两种表面修饰的手段:一种是采用共沉淀方法在前躯体的制备时合成具有核壳结构的材料0.2 LiNi_1/2Mn_1/2O₂·0.8 Li[Li_0.2Ni_0.28Mn_0.59Co_0.03]O₂,通过Raman光谱和EDS数据的分析,间接证明了LiNi0.5Mn0.5O₂包覆层的存在,包覆后的材料虽然初始放电容量有所下降但是其循环性能得到了很大的提高。另一种方法是采用喷雾干燥法合成首次放电比容量超过250 mAh·g-1的层状固溶体材料Li[Li_0.2Ni_0.18Mn_0.59Co_0.03]O₂,然后用共沉淀方法在其表面修饰了不同摩尔比的LiCoPO4。使用TEM观察到了表面修饰的岛状的LiCoPO₄修饰物,粒径大约为20nm。修饰后的材料将容量保持率由未修饰的75%提高到了98%,效果十分显著,极大地提高了层状固溶体材料的循环寿命和大电流放电的循环性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
第一章绪论  7-28
  1.1 引言  7-8
  1.2 锂离子电池的工作原理  8-9
  1.3 锂离子电池主要材料的研究现状  9-18
  1.4 富锂层状固溶体正极材料  18-21
  1.5 正极材料的改性研究  21-22
  1.6 正极材料的制备方法  22-23
  1.7 本课题的研究内容  23-24
  参考文献  24-28
第二章系列固溶体化合物的合成及性能研究  28-37
  2.1 研究对象的选取  28
  2.2 实验部分  28-30
  2.3 结果和讨论  30-35
  2.4 本章小结  35-36
  参考文献  36-37
第三章核壳结构材料的制备和性能研究  37-46
  3.1 前言  37
  3.2 实验部分  37-39
  3.3 结果和讨论  39-44
  3.4 本章小结  44-45
  参考文献  45-46
第四章 Li[Li_(0.2)Ni_(0.18)Mn_(0.59)Co_(0.03)]O_2表面修饰LiCoPO_4对电化学性能的改善  46-63
  4.1 前言  46
  4.2 实验部分  46-48
  4.3 结果和讨论  48-61
  4.4 本章小结  61
  参考文献  61-63
总结  63-64
已发表的文章  64
已申请的专利  64-65
致谢  65-66

高容量富锂层状固溶体锂离子电池正极材料的研究

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