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LiNi_（1/3）Co_（1/3）Mn_（1/3）O_2的合成及改性研究

作　者: 王晓冉
导　师: 唐致远
学　校: 天津大学
专　业: 应用化学
关键词: LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 高温固相法 碳包覆 Mg-Cl共掺杂 混合正极材料
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文主要围绕锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2存在的高电压区间电化学性能差及高倍率循环性能差这一主题,在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的合成及改性方面展开了一些研究。本文首次对高温固相法碳包覆改性LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行了系统的研究。首次研究了Mg-Cl共掺杂对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料结构和电化学性能的影响。首次对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiCoO2混合正极材料应用可行性进行了研究。本文主要从以下几方面展开工作:利用易分解的醋酸盐,采用易实现工业化生产的高温固相法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。单因素实验和正交实验研究表明,影响LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2放电比容量的显著因素依次为煅烧温度、Li:（Ni+Co+Mn）摩尔配比和煅烧时间。最佳工艺条件为煅烧温度850℃,煅烧时间10 h, Li:（Ni+Co+Mn）=1.05:1。分别以葡萄糖、蔗糖、硬脂酸和柠檬酸作为包覆碳源,采用高温固相法对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行碳包覆改性。研究表明包覆碳有利于提高LiNi1/3 Co1/3Mn1/3O2材料的电子导电率,降低电化学反应中的电荷转移电阻,增大材料的活性表面积。其中,葡萄糖2wt%包覆的效果最佳。1C和2C倍率下充放电20次后容量仍分别保持在146.8 mAh/g和121.2 mAh/g。通过研究Mg2+不同取代位和Mg-Cl共掺杂对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2性能的影响发现,Mg 2+的最佳取代位是Mn4+位。Mg-Cl共掺杂能进一步提高材料的结构稳定性和导电性。其中LiNi1/3Co1/3Mn1/3-0.02Mg0.02O1.98Cl0.02具有最佳的电化学性能。0.5C、1C和2C倍率下循环20次后容量仍分别保持在180.3 mAh/g、157.5 mAh/g和127.5 mAh/g ,容量保持率高达95.5%、89.9%和87.8%。Li Ni1/3Co1/3Mn1/3-0.02Mg0.02O1.98Cl0.02是一种有前景的锂离子电池正极材料。通过在LiCoO2中混合不同比例的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作为锂离子电池正极材料的研究表明,混合材料的电化学性能主要由电位较高的LiCoO2材料决定。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2混合量在50wt%以下时不会降低正极材料的容量和倍率循环性能。因此,使用LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiCoO2的混合正极材料以降低锂离子电池的成本是可行的。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-23
  1.1 锂离子电池概述  8-11
    1.1.1 锂电池的发展简史  8-9
    1.1.2 锂离子电池的结构及工作原理  9-11
    1.1.3 锂离子电池的特征  11
  1.2 锂离子电池正极材料的研究进展  11-15
    1.2.1 LiCoO_2  12-13
    1.2.2 LiNiO_2  13-14
    1.2.3 LiMn_2O_4  14-15
  1.3 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的研究进展  15-20
    1.3.1 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的结构  16-17
    1.3.2 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的合成方法  17-18
    1.3.3 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的掺杂改性研究  18-19
    1.3.4 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的包覆改性研究  19-20
  1.4 动力型锂离子电池的研究进展  20-21
  1.5 本课题的意义及内容安排  21-23
第二章 实验条件及方法  23-29
  2.1 引言  23
  2.2 实验药品及实验仪器  23-25
    2.2.1 实验药品  23-24
    2.2.2 实验仪器  24-25
  2.3 实验方法  25-26
    2.3.1 高温固相法合成LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2  25
    2.3.2 正交实验设计  25
    2.3.3 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的碳包覆改性  25
    2.3.4 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的Mg-Cl共掺杂改性  25-26
  2.4 XRD分析  26
  2.5 ESEM分析  26
  2.6 TEM分析  26
  2.7 电池装配  26-27
  2.8 电化学性能分析  27
  2.9 循环伏安分析  27-28
  2.10 交流阻抗分析  28-29
第三章 高温固相法合成LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2  29-41
  3.1 引言  29
  3.2 实验结果与讨论  29-39
    3.2.1 煅烧温度对材料结构性能的影响  29-32
    3.2.2 正交实验结果与讨论  32-34
    3.2.3 验证实验  34-39
  3.3 本章小结  39-41
第四章 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2碳包覆改性及混合正极材料研究  41-56
  4.1 引言  41-42
  4.2 实验结果与讨论  42-55
    4.2.1 碳包覆量对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响  42-49
    4.2.2 不同碳源对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响  49-52
    4.2.3 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2和LiC002混合正极材料研究  52-55
  4.3 本章小结  55-56
第五章 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的Mg-Cl共掺杂改性研究  56-70
  5.1 引言  56
  5.2 实验结果与讨论  56-69
    5.2.1 不同取代位对材料性能影响  56-62
    5.2.2 Mg-Cl共掺杂研究  62-69
  5.3 本章小结  69-70
第六章 结论与展望  70-72
参考文献  72-80
发表论文和科研情况说明  80-81
致谢  81

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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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