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锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的掺杂研究

作　者: 陈添才
导　师: 王剑华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 正极材料 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2 掺杂 电化学性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


世界各地的研究人员都在寻求一种高容量、安全、廉价的锂离子正极材料以替代LiCoO2。层状的Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2正极材料由于具有比容量高、安全性能优越、低毒、成本低等优点越来越受到重视,因此Li(Ni1/3CO1/3Mn1/3)O2也是一种最具有发展前景的锂离子电池正极材料。对于Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2正极材料来说,在高倍率充放电方面的应用仍是一种挑战,该材料的电化学动力学性能还需提高,长时间循环时的容量保持能力,尤其是高截止电压下的循环能力也有待进一步改善。在Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2材料中掺杂Zn或Cu还未见到详细研究报道。本文采用共同沉淀法在Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2材料中分别掺杂Zik Cu两种元素,通过XRD> XPS^电化学性能测试分析,研究了掺杂元素对Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2的晶体结构、过渡金属元素化学状态以及材料电化学性能的影响。XRD检测结果显示,Zi、Cu掺杂量为0<x<0.01的材料,其晶体结构均为α-NaFeO2型层状结构,属R3 m空间群,没有杂质相出现。Zi、Cu均能在一定程度上使材料的晶胞参数a、c、V增大,材料的层状结构均好于未掺杂材料。XPS分析表明,Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2材料中Co、Mn、Ni的化合价分别为+3、+4、+2；掺杂有Zn或Cu没有改变材料中Co、Mn的化合价态,杂质Zn或Cu主要是影响材料中Ni的价态,可以使材料中Ni的氧化态升高。电化学性能测试分析得出,适量掺入Zn（x=0.006）或Cux=0,006、0.008不但可以抑制材料在高截止电压下放电比容量的衰减,还可以改善材料的高倍率特性,当掺入Zn（x＝0.006）或Cu（x＝0.006）时获得最佳电化学性能。放电容量减小与部分Ni2+变化为Ni3+有关。另外,适量掺入Zn（x＝0.006,0.008）或Cu（x＝0.006）可以提高材料在高截止电压下（4.6V）的电化学活性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-23
  1.1 引言  8-9
  1.2 锂离子电池的工作原理  9-10
  1.3 锂离子电池正极材料概述  10-13
    1.3.1 LiCoO_2材料  10-11
    1.3.2 LiNiO_2材料  11
    1.3.3 LiMn_2O_4材料  11-12
    1.3.4 LiNi_(1-x-y)Co_xMn_yO_2材料  12-13
  1.4 LiNi_(1-x-y)Co_xMn_yO_2材料的研究进展  13-21
    1.4.1 LiNi_(1-x-y)Co_xMn_yO_2材料的的制备方法  13-16
    1.4.2 LiNi_(1-x-y)Co_xMn_yO_2材料的组分优化  16-18
    1.4.3 LiNi_(1-x-y)Co_xMn_yO_2材料的改性研究  18-21
  1.5 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料研究存在的问题  21
  1.6 本论文的研究内容  21-23
第二章 实验内容及测试方法  23-28
  2.1 实验设备与仪器  23
  2.2 实验原料  23-24
  2.3 材料的合成方法  24
  2.4 电池的制作方法  24-25
  2.5 材料的性能测试  25-28
    2.5.1 材料成分分析(ICP-AES)  25
    2.5.2 材料结构分析(XRD)  25-26
    2.5.3 材料元素价态分析(XPS)  26-27
    2.5.4 材料的电化学性能测试  27-28
第三章 Zn掺杂Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))O_2的晶体结构与电化学性能  28-53
  3.1 引言  28
  3.2 Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))_(1-x)Zn_xO_2材料的制备  28-29
  3.3 掺杂Zn材料的晶体结构分析  29-35
  3.4 掺杂Zn材料的XPS能谱分析  35-40
  3.5 掺杂Zn材料的电化学性能研究  40-52
    3.5.1 不同充电截止电压下材料的电化学性能  40-47
    3.5.2 不同倍率放电对材料电化学性能的影响  47-52
  3.6 本章小结  52-53
第四章 Cu掺杂Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn(1/3))O_2的晶体结构与电化学性能  53-75
  4.1 引言  53
  4.2 Li(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))_(1-x)Cu_xO_2材料的制备  53-54
  4.3 掺杂Cu材料的晶体结构分析  54-58
  4.4 微量掺杂Cu材料的XPS能谱分析  58-63
  4.5 掺杂Cu材料的电化学性能研究  63-74
    4.5.1 不同充电截止电压下材料的电化学性能  63-69
    4.5.2 不同倍率放电对材料电化学性能的影响  69-74
  4.6 本章小结  74-75
第五章 结论  75-76
参考文献  76-81
致谢  81-82
附录A 攻读硕士学位期间发表论文  82

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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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