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LiNi0.7Co0.3O2锂离子电池正极材料的制备及改性研究

作　者: 孙自许
导　师: 孙克宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程
关键词: 锂离子电池 LiNi0.7Co0.3O2 正极材料 共沉淀法 Mg2+ F~-掺杂改性
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


钴酸锂是当前应用最为广泛的锂离子电池正极材料。但是这种材料价格昂贵、资源匮乏，迫切需要寻找它的替代品。而现阶段研究较多的正极材料主要有尖晶石型锰酸锂和层状结构的镍酸锂。但是锰酸锂由于容量不高以及在循环过程中容量易于衰减，镍酸锂难以合成具有一定化学计量比的物质，从而制约了它们的发展。而钴镍酸锂兼具钴酸锂和镍酸锂的优点：充放电容量相对较高、循环稳定性相对较好。然而钴镍酸锂在循环时容量衰减的较快限制了其在商业化的应用。本文主要固相法、共沉淀法研究了LiNi0.7Co0.3O2正极材料的合成工艺，综合对其进行Mg掺杂和Mg﹑F双掺杂处理进而改善其容量衰减问题，提高其电化学性能。论文首先采用固相法合成了LiNi0.7Co0.3O2正极材料。探索了温度﹑时间等合成工艺，研究发现烧结温度为900℃﹑烧结时间为16h合成的正极材料在0.1C时的首次放电容量为182mAh·g-1，循环50次之后容量还有160mAh·g-1，为首次容量的87.91%。其次采用共沉淀法制备出了LiNi0.7Co0.3O2正极材料。研究发现，用共沉淀法制备这种电极材料的最佳合成工艺为：沉淀剂与母液共加﹑络合剂NH4·H2O的浓度为0.4M﹑烧结温度为800℃以及烧结时间为8h。在0.1C时活性物质的首次放电比容量为202mAh·g-1，循环40次之后，仍然有170mAh·g-1。在1C高倍率下的首次放电容量为130mAh·g-1，经过40次循环之后还有100mAh·g-1。最后对LiNi0.7Co0.3O2进行Mg掺杂及Mg﹑F双掺杂处理，研究发现LiNi0.7Co0.25Mg0.05O1.95F0.05在0.1C下的首次放电容量为165mAh·g-1，随着循环的进行容量有所上升，最高容量达到181mAh·g-1，循环100次之后容量为175mAh·g-1，材料具有较高的容量保持率。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-22
  1.1 课题研究目的与意义  9
  1.2 锂离子电池概述  9-11
    1.2.1 锂离子电池的发展概况  9-10
    1.2.2 锂离子电池的主要特点  10
    1.2.3 锂离子蓄电池工作原理  10-11
  1.3 锂离子正极材料的研究现状  11-15
    1.3.1 层状正极材料  12-14
    1.3.2 聚阴离子型正极材料  14-15
    1.3.3 尖晶石型正极材料  15
  1.4 层状结构 LiNi_(1-x)Co_xO_2的研究进展  15-21
    1.4.1 LiNi_(1-x)Co_xO_2正极材料的结构  15-16
    1.4.2 LiNi_(1-x)Co_xO_2的合成方法的研究进展  16-20
    1.4.3 LiNi_(1-x)Co_xO_2的改性  20-21
  1.5 选题依据、研究内容  21-22
第2章 实验材料与测试方法  22-27
  2.1 实验药品及实验仪器  22-23
    2.1.1 实验药品  22
    2.1.2 实验仪器  22-23
  2.2 材料的物理性能表征  23-24
    2.2.1 热分析表征  23-24
    2.2.2 X 射线衍射表征  24
    2.2.3 扫描电子显微镜表征  24
    2.2.4 BET 测试  24
  2.3 测试电池的制备及相关电化学测试  24-26
    2.3.1 粉末电极的制备  24-25
    2.3.2 电池的装配  25-26
  2.4 电池电化学性能测试  26-27
    2.4.1 循环伏安曲线测试（CV）  26
    2.4.2 电化学交流阻抗谱测试（EIS）  26
    2.4.3 恒流充放电测试  26-27
第3章 固相法与共沉淀法合成工艺及电化学性能研究  27-54
  3.1 固相法合成 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2及其工艺研究  27-35
    3.1.1 固相法制备 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2正极材料  27
    3.1.2 烧结温度对 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2材料性能的影响  27-32
    3.1.3 烧结时间对 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2材料性能的影响  32-35
  3.2 共沉淀法合成 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2及其工艺研究  35-48
    3.2.1 共沉淀法制备 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2电极材料  35
    3.2.2 Ni_(0.7)Co_(0.3)(OH)_2的 XRD 与 SEM  35-36
    3.2.3 A 和 B 两者滴加顺序对 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2材料性能的影响  36-41
    3.2.4 络合剂 NH_4·H_2O 浓度的影响  41-44
    3.2.5 烧结温度对 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2材料性能的影响  44-46
    3.2.6 烧结时间对 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2材料性能的影响  46-48
  3.3 用共沉淀法制备 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2材料及其电化学性能研究  48-52
    3.3.1 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2XRD 分析  48-49
    3.3.2 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2SEM 分析  49
    3.3.3 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2循环伏安（CV）曲线分析  49-50
    3.3.4 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2电极材料电化学性能测试  50-51
    3.3.5 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2电极材料交流阻抗（EIS）谱分析  51-52
  3.4 本章总结  52-54
第4章 LiNi_(0.7)Co_(0.3)O_2电极材料的掺杂改性的研究  54-64
  4.1 LiNi_(0.7)Co_(0.3-x)Mg_xO_2（x=0.05﹑0.1）的结构与性能  54-59
    4.1.1 LiNi_(0.7)Co_(0.3-x)Mg_xO_2XRD 分析  54-55
    4.1.2 LiNi_(0.7)Co_(0.3-x)Mg_xO_2SEM 分析  55-56
    4.1.3 LiNi_(0.7)Co_(0.3-x)Mg_xO_2循环伏安测试  56
    4.1.4 LiNi_(0.7)Co_(0.3-x)Mg_xO_2电化学性能测试  56-58
    4.1.5 LiNi_(0.7)Co_(0.25)Mg_(0.05)O_2电极材料交流阻抗（EIS）谱分析  58-59
  4.2 LiNi_(0.7)Co_(0.25)Mg_(0.05)O_(2-x)F_x（x=0.02﹑0.05 和 0.1）的结构与性能  59-63
    4.2.1 LiNi_(0.7)Co_(0.25)Mg_(0.05)O_(2-x)F_xXRD 分析  59-60
    4.2.2 LiNi_(0.7)Co_(0.25)Mg_(0.05)O_(2-x)F_xSEM 分析  60-61
    4.2.3 LiNi_(0.7)Co_(0.25)Mg_(0.05)O_(2-x)F_x电化学性能测试  61-62
    4.2.4 LiNi_(0.7)Co_(0.25)Mg_(0.05)O_(1.95)F_(0.05)交流阻抗（EIS）谱分析  62-63
  4.4 本章总结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-71
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  71-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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