学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

5V锂离子电池正极材料LiNi_（0.5）Mn_（1.5）O_4的掺杂及包覆改性研究

作　者: 郎野
导　师: 孙克宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 5V正极材料 LiNi0.5Mn1.5O4 掺杂改性 包覆改性 循环稳定性
分类号: TM912.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 228次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


近年来,由于能源、环境危机的日益加剧以及电子信息行业的高速发展,锂离子电池受到前所未有的关注。但相对于负极材料和电解质来说,锂离子电池正极材料依旧是制约其发展和应用的关键因素。具有尖晶石结构的5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4由于其结构稳定、放电电压高等优点,成为锂离子电池正极材料的研究热点之一,但循环容量衰减的弊端制约了其商业化。本文采用溶胶凝胶法合成尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4,并分别采用双掺杂和表面包覆改性的方法提升材料的循环性能。首先,采用Cr3+和F-双掺杂的方法提高LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的循环稳定性,考察了Cr3+取代不同过渡金属元素以及Cr3+含量的影响。研究发现Cr3+和F-双掺杂未改变材料的结构,可显著提升材料的循环稳定性以及倍率性能。综合比较,LiNi0.5Mn1.4Cr0.1O3.95F0.05性能最佳,其具有较高的4.7 V平台容量,循环100次后,容量保持率为93.8%。提出引入阳离子空位的方法提高双掺杂材料的倍率性能,合成了LiNi0.325Mn1.5Cr0.1O3.95F0.05,该材料具有十分优越的倍率和循环性能。在5C和10C倍率下的放电容量分别为123.89 mAh g-1、104.44 mAh g-1;0.2C倍率下循环50次,容量保持率为97.5%。CV和EIS测试表明倍率性能提升的原因在于空位的存在减少锂离子脱嵌阻力,提高固相扩散系数和电化学活性。其次,分别在LiNi0.5Mn1.5O4的表面包覆AlF3和TiO2,并考察AlF3与TiO2包覆量对循环性能的影响。发现AlF3包覆层能有效的抑制电解液对正极材料的腐蚀以及活性物质的溶解,随着包覆量的增加效果更加显著。当AlF3的包覆量为3 mol%时,LiNi0.5Mn1.5O4/AlF3的循环性能最佳,室温下循环50次后,容量为119.23 mAh·g-1,容量保持率为94.5%;55℃时放电容量为116.29 mAh·g-1,循环50次后,容量保持率为84.0%。包覆的TiO2起到了HF收集体的作用,当包覆量为3 mol%时,循环性能最佳,室温下循环100次后,容量保持率为92.5%;55℃下循环50次后,容量保持率为77.9%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-22
  1.1 课题研究目的意义  9-10
  1.2 锂离子电池概述  10-11
    1.2.1 锂离子电池发展简介  10
    1.2.2 锂离子电池的工作原理  10-11
  1.3 锂离子电池正极材料的研究进展  11-16
    1.3.1 层状正极材料(LiCoO_2、LiNi0_2、LiMn0_2、Li[Ni-Co-Mn]0_2)  11-13
    1.3.2 聚阴离子LiMP0_4(M=Fe、V、Co等)正极材料  13-15
    1.3.3 尖晶石锂锰氧化物(LiMn_20_4)  15-16
  1.4 5V正极材料LiNi_(0.5)Mn(1.5)0_4 的研究现状  16-20
    1.4.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4 简介  16-18
    1.4.2 5V正极材料在国内外的研究现状  18-20
  1.5 课题整体构思及主要研究内容  20-22
第2章 实验材料与方法  22-28
  2.1 实验药品及仪器  22-23
  2.2 材料合成  23-25
    2.2.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4 及Cr~(3+)、F~-掺杂材料的合成  23-24
    2.2.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/AlF_3 和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4/Ti0_2 的制  24-25
  2.3 材料的表征方法  25-26
    2.3.1 XRD表征  25
    2.3.2 EDX分析  25
    2.3.3 SEM表征  25
    2.3.4 TEM表征  25
    2.3.5 FTIR表征  25-26
    2.3.6 ICP表征  26
  2.4 电化学性能测试  26-28
    2.4.1 测试电池的制备  26
    2.4.2 充放电测试  26-27
    2.4.3 电化学阻抗谱(EIS)测试  27
    2.4.4 循环伏安(CV)测试  27-28
第3章 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4的Cr~(3+)和F~-双掺杂改性研究  28-52
  3.1 Cr~(3+)和F~-双掺杂改性研究  28-42
    3.1.1 双掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4 的XRD表征  28-30
    3.1.2 双掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4 的FTIR表征  30
    3.1.3 双掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4 的SEM表征  30-31
    3.1.4 双掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4 的电化学性能  31-36
    3.1.5 双掺杂的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4 的EIS研究  36-38
    3.1.6 不同Cr~(3+)含量对LiNi_(0.5)Mn_(1.5-x)Cr_x0_(3.95)F_(0.05) 性能的影响  38-42
  3.2 阳离子空位对双掺杂改性的影响  42-50
    3.2.1 阳离子空位对双掺杂材料结构的影响  42-44
    3.2.2 阳离子空位对双掺杂材料形貌的影响  44
    3.2.3 阳离子空位对双掺杂材料倍率性能的影响  44-47
    3.2.4 阳离子空位对双掺杂材料循环性能的影响  47-48
    3.2.5 阳离子空位对双掺杂材料脱嵌锂的影响  48-50
  3.3 两种双掺杂方式比较  50
  3.4 本章小结  50-52
第4章 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4的表面包覆改性研究  52-70
  4.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4 的AlF3 包覆改性研究  52-59
    4.1.1 AlF_3 的电化学稳定性研究  52-53
    4.1.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4/AlF_3 的XRD表征  53-54
    4.1.3 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4/AlF_3 的EDX表征  54
    4.1.4 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4/AlF_3 的SEM及TEM表征  54-55
    4.1.5 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4/AlF_3 的循环性能  55-57
    4.1.6 AlF_3 包覆改善循环性能的机理研究  57-59
  4.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4 的Ti0_2 的包覆改性研究  59-68
    4.2.1 Ti0_2 的电化学稳定性研究  59-60
    4.2.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4/Ti0_2 的XRD表征  60-61
    4.2.3 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4/Ti0_2 的EDX表征  61
    4.2.4 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4/Ti0_2 的SEM及TEM表征  61-62
    4.2.5 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4/Ti0_2 的电化学性能研究  62-66
    4.2.6 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)0_4/Ti0_2 的EIS研究  66-68
  4.3 两种包覆材料比较  68-69
  4.4 本章小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-80
致谢  80

相似论文

  1. 掺杂锐钛矿型二氧化钛光催化性能的第一性原理计算,O643.36
  2. 钛基金属氧化物涂层电极的制备及应用研究,X703
  3. 前躯体的处理对锂离子电池正极材料LiNi_（0.5）Mn_（1.5）O_4电性能的影响,TM912
  4. KNN基无铅压电陶瓷的制备及其性能研究,TM282
  5. La-Mg-Ni系A_2B_7型贮氢合金相结构与电化学性能的研究,TG139.7
  6. （Ba，Sr）TiO_3基无铅陶瓷介电材料的研究,TB34
  7. 钴酸锂超细粉末的制备及其电化学性能表征,TM912
  8. 稀土改性CaMnO_3粉体的制备及其电性能,TB383.3
  9. 磷酸铁锂包覆特性研究,TM912.9
  10. Li_4Ti_5O_（12）材料的合成及掺杂改性研究,TM912
  11. 锂离子电池正极材料球形LiFePO_4的水热合成及性能研究,TM912
  12. 镁基储氢合金的制备及其电化学性能研究,TG139.7
  13. 锂离子电池正极材料LiFePO_4掺杂改性的研究,TM912
  14. 锂离子电池负极材料—天然石墨改性研究,TM912
  15. SnO_2透明导电薄膜的溶胶—凝胶制备与性能研究,TB383.2
  16. 包头混合轻稀土催化材料的制备及催化性能研究,O643.36
  17. 炭黑的表面改性与包覆,TB304
  18. MnCO_3掺杂对准同相界处0.94BNT-0.06BT无铅压电陶瓷结构和性能的影响,TM282
  19. 低介电常数熔融石英陶瓷材料的研究,TQ174.1
  20. 铌酸盐基无铅压电陶瓷的制备与研究,TM282
  21. 锌镍电池电极材料氧化锌纳米化与表面包覆及其电化学性能,TM910.4

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 > 各种材料蓄电池
© 2012 www.xueweilunwen.com