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《北京理工大学》 2016年
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富锂锰基正极材料低温性能的改善研究

寇建文  
【摘要】:层状正极材料是锂离子电池正极材料研究与应用的热点,其中层状富锂锰基材料由于其高比容量而备受研究者关注。近些年富锂锰基正极材料相关研究得到快速发展,其性能已基本可以满足常温下的使用,但由于其低温性能较差,使其应用性能受限。本论文选取Li1.2Mn0.6Ni0.2O2作为研究对象,通过对材料进行掺杂和包覆来达到提高材料在低温下的电化学性能的目的。具体开展工作的实验如下:采用溶胶-凝胶法制备二元富锂锰基正极材料及其改性材料Li1.2Ni0.2-xCo2xMn0.6-xO2(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)。通过对本体材料和改性材料的XRD测试发现,微量钴掺杂并没有改变材料主体层状结构且结晶度良好。由于钴离子与锰离子的半径相似却小于锂离子和镍的离子半径,所以随着钴掺杂量的增多,晶格参数a和c的数值减小,证明Co成功地掺杂进材料内部,占据了镍或锰的位置。EDS测试表明实验合成材料与理论目标材料的元素比例基本一致。由SEM图可以看出,掺杂前后材料的形貌基本一致,微量钴掺杂对材料的形貌没有影响。电化学测试结果显示,钴掺杂对于每个温度下材料的电化学性能均有所改善,随着温度的降低,效果更加显著。本体材料在-20°C下的首周容量是30°C下首周容量的22.1%(57.3/259.2 m Ah·g-1)而x=0.05的改性材料的首周容量保持率为39.4%(111.3/282.2 mAh·g-1)。进一步探究改善机理,材料的微分容量曲线表明3.85V电压处还原峰值随温度的降低峰值减小,但钴掺杂量相对较多的时候几乎不受温度的影响。相同温度下测试本体材料和x=0.05的改性材料的交流阻抗,结果显示x=0.05的改性材料的电荷转移阻抗明显小于本体材料。结合交流阻抗的测试数据,通过阿伦尼乌斯方程计算得,x=0.05的改性材料在3.85V处的反应活化能相比比本体材料有所降低。该结果表明通过微量钴掺杂使得3.85V处Ni4+/Co4+还原反应更容易进行,从而改善材料低温性能。在以后的研究中,可以尝试通过类似的掺杂改性来降低材料在低温下的反应活化能,从而提高其低温性能及电化学性能。采用溶胶-凝胶法制备本体材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2并对本体材料进行不同量的锂硼氧化物包覆改性处理,包覆量分别为0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%。通过对改性前后材料进行XRD测试,发现改性后材料的主体层状结构没有改变且结晶度良好。无杂峰出现证明包覆层为无定型结构,没有分散到正极材料周围或者嵌入到材料内部晶格中。由SEM图可知锂硼氧化物包覆前后材料的形貌基本没有变化,随着包覆量的增加出现轻微团聚现象。TEM图显示本体材料的边界光滑清晰,包覆后的材料表面有一层形状不规律的无色透明薄层。通过电化学测试发现材料包覆量为0.3wt%表现出最佳的电化学性能,首周放电比容量可达287.8 mAh·g-1比同温度下本体材料的首周放电比容量高55.8mAh·g-1。包覆层的存在能抑制正极材料与电解液的接触,防止副反应发生,从而增强电极和电解液界面的稳定性,进而改善电化学性能。交流阻抗测试结果与恒流充放电测试结果一致,在各温度下包覆量为0.3wt%的电荷转移电阻均小于本体材料,表明适量的锂硼氧化物包覆后提高电荷传递速率。综上,通过锂硼氧化物包覆改性可以提高材料的电化学性能,改善材料的低温性能;该研究结果表明,对电极/电解液界面处的修饰可以有效提高层状材料的低温性能。
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM912

【参考文献】
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1 陈来;陈实;胡道中;苏岳锋;李维康;王昭;包丽颖;吴锋;;不同组分下富锂正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2(x=0.1-0.8)的晶体结构与电化学性能[J];物理化学学报;2014年03期
2 刘东强;吁霁;孙玉恒;何泽珍;刘兴泉;;LiMn_2O_4表面包覆Li_4Ti_5O_(12)的制备及倍率特性(英文)[J];无机化学学报;2007年01期
3 刘景,温兆银,吴梅梅,顾中华,曹佳弟,林祖纕;LiCoO_2正极材料的络合法合成及其电化学性能研究[J];无机材料学报;2002年06期
4 吉野彰;日本锂离子蓄电池技术的开发过程和最新趋势[J];电源技术;2001年06期
5 李阳兴,姜长印,万春荣,朱永;喷雾干燥法制备LiCoO_2超细粉[J];无机材料学报;1999年04期
6 吴宇平,方春荣,姜长印,方世壁;锂离子电池用无定形碳材料容量衰减机理[J];电池;1999年01期
7 高虹,翟秀静,翟玉春,钟发平;锂离子电池正极材料LiNiO_2的合成[J];中国有色金属学报;1998年S2期
8 刘人敏,罗江山,王新波,林勤;锂离子电池用活性正极材料LiCo_(1-x)Ni_xO_2[J];中国有色金属学报;1997年03期
9 吴宇平,方世璧,江英彦;可逆高储锂的锂离子电池炭负极材料的研究进展[J];化学通报;1997年09期
10 任学佑;锂离子电池及其发展前景[J];电池;1996年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨洪;朱朝宽;刘洋;彭沫锜;薛雯娟;王联;;磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备与电化学性能研究[J];重庆工商大学学报(自然科学版);2017年05期
2 王起亮;王星奇;王天成;刘云建;苏明如;窦爱春;高彥涌;张志强;;LiAlO_2包覆Li_(1.5)Ni_(0.25)Mn_(0.75)O_(2.5)正极材料及其电化学性能[J];中南大学学报(自然科学版);2016年12期
3 张志强;征圣全;王起亮;窦爱春;苏明如;刘云建;;Cr掺杂对富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)O_2结构和电化学性能的影响[J];化工学报;2017年01期
4 黄威;邬春阳;曾跃武;金传洪;张泽;;富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)Na_xO_2表面结构的电子显微分析[J];物理化学学报;2016年09期
5 陶伟;李小雨;朱彦荣;诸荣孙;;锂离子电池Li_(1.2)Mn_(0.56)Ni_(0.16)Co_(0.08)O_2正极材料的合成及电化学性能[J];有色金属工程;2016年04期
6 寇建文;王昭;包丽颖;苏岳锋;胡宇;陈来;徐少禹;陈芬;陈人杰;孙逢春;吴锋;;采用基于乙醇体系的一步草酸共沉淀法制备层状富锂锰基正极材料(英文)[J];物理化学学报;2016年03期
7 任宁;卢世刚;;Li_3PO_4表面修饰提高球形LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的性能(英文)[J];无机化学学报;2016年03期
8 李肖;杨凯;高飞;胡晨;刘皓;李大贺;王丽娜;;静电纺丝-固相烧结法制备富锂锰基材料0.5Li_2MnO_3·0.5LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2[J];科技展望;2016年05期
9 史侠星;廖世宣;袁炳;钟艳君;钟本和;刘恒;郭孝东;;高倍率性能纳微结构锂离子电池正极材料0.6Li_2MnO_3-0.4LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2的简易制备(英文)[J];物理化学学报;2015年08期
10 JIA Guo-Feng;LI Fa-Qiang;PENG Zheng-Jun;ZHU Zeng-Hu;GONG Yan;WANG Qing-Lei;;Synthesis and Structural Characterizations of a New Lithium Salt for Lithium-ion Batteries[J];结构化学;2015年08期
【二级参考文献】
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1 王昭;吴锋;苏岳锋;包丽颖;陈来;李宁;陈实;;锂离子电池正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)Li[Ni_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)]O_2的制备及表征[J];物理化学学报;2012年04期
2 ;锂离子电池正极材料富锂锰基固溶体的研究进展[J];科学通报;2012年10期
3 吴宇平,方世璧,江英彦;锂在炭材料中的可逆高储存机理[J];化学通报;1998年04期
4 吴宇平,方世璧,江英彦;可逆高储锂的锂离子电池炭负极材料的研究进展[J];化学通报;1997年09期
5 张达明,邵剑明,樊之青;锂离子二次电池[J];电源技术;1997年03期
6 ;二次锂电池最新进展——中国科学院院士查全性教授访谈录[J];电池;1995年01期
7 胡行仁;今日世界电池市场[J];电池;1994年04期
【相似文献】
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1 张勇;霍庆媛;王力臻;张爱勤;宋延华;;LiFePO_4/MWNTs/BC复合材料的制备及电化学性能[J];热加工工艺;2012年24期
2 李仕群;胡佳山;;粉煤灰物理化学性能评述[J];山东建材学院学报;1989年01期
3 戴忠旭,詹晖,周运鸿,桂嘉年,王仁卉;尖晶石锂锰氧化物中氧缺陷对材料电化学性能的影响[J];武汉大学学报(理学版);2003年03期
4 龚茜,谭攸庚;钌钛锡氧化物阳极表面形态及电化学性能研究[J];氯碱工业;1995年05期
5 屠德周;雷永泉;陈立新;吕光烈;魏范松;;退火处理对La-Mg-Ni-Co合金电化学性能的影响[J];浙江大学学报(工学版);2007年03期
6 余祖孝;陈建;郝世雄;韩选平;;添加剂对铝阳极电化学性能的影响[J];电源技术;2007年06期
7 孙泉胜;肖来荣;;Zn-0.3Bi-0.06Ti合金的制备与电化学性能[J];电源技术;2012年03期
8 邓凌峰;陈洪;;2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的合成及电化学性能[J];材料导报;2009年22期
9 许树茂;陈杰勇;邓淇彬;高爱梅;舒东;;不同掺炭比例对超级电池负极铅膏电化学性能的影响[J];蓄电池;2013年05期
10 李运姣,常建卫,李洪桂,赵中伟,孙召明,霍广生,孙培梅;富锂型掺钴尖晶石锂锰氧化物的结构与电化学性能[J];中南大学学报(自然科学版);2004年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郄富昌;彭庆文;唐致远;;锂离子电池负极材料Li_2ZnTi_3O_8/C纳米颗粒的制备及其电化学性能[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
2 李良超;郝仕油;林秋月;应桃开;;纳米氧化锰的制备及其电化学性能研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
3 刘志超;党海军;陈广宇;张自禄;;氟化石墨的制备与电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
4 张森;李志勇;;氟化处理对储氢合金电化学性能的影响研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年
5 季益刚;周益明;邵阳;戴跃华;俞燕青;王青;唐亚文;陆天虹;沈涛;;氢氧化镍的低热固相合成及其电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
6 董怡辰;王振波;秦华;;炭包覆对动力锂离子电池正极材料电化学性能影响[A];第22届炭—石墨材料学术会论文集[C];2010年
7 侯磊;吴茂;何新波;曲选辉;;碳含量对磷酸钒锂电化学性能的影响[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
8 邹红丽;招睿雄;沈培康;;钨掺杂LiFePO_4的合成和电化学性能研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
9 樊小勇;江宏宏;黄令;孙世刚;;电镀锡作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
10 王婷;曹中秋;边静;;镁铝储氢电极合金的制备及电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 ;锌的性质与用途[N];期货日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卢桂霞;过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年
2 胡梅娟;金属氧化物基锂/钠离子电池负极材料制备与电化学性能研究[D];浙江大学;2014年
3 刘芳延;基于综纤维素制备炭基复合材料及其电化学性能研究[D];东北林业大学;2015年
4 江小剑;基于脱合金法的锰基微纳结构的构筑及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年
5 王聪;锂离子电池电极材料Li_3V_2(PO_4)_3的制备及其电化学性能改性研究[D];北京化工大学;2015年
6 莫润伟;高性能锂离子电池正极材料LiV_3O_8的制备及其电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
7 历彪;钛的含氟氧化物及其锂化产物纳米粒子的合成、表征与电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2015年
8 张春艳;复杂结构过渡金属氧化物及其复合物锂离子电池负极材料的制备及电化学性能[D];安徽大学;2016年
9 陶石;基于聚阴离子型锂/钠离子电池正极材料的结构调制及电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2016年
10 司露露;碳复合钼基、钒基电极材料的制备及其电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 栗志同;钒基材料的合成、表征及其电化学性能研究[D];华南理工大学;2015年
2 王莎;多巴胺炭球及MOFs@硫复合材料的制备及其Li-S电池电化学性能研究[D];华南理工大学;2015年
3 燕平;氢驱动化学反应法制备Li_xal_ySi_z锂离子电池负极材料及其电化学性能[D];浙江大学;2015年
4 杜志玲;掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究[D];燕山大学;2015年
5 宋巧兰;新型离子液体的制备及其电化学性能研究[D];陕西科技大学;2015年
6 黄文静;新型导电聚合物-石墨烯电极材料的制备及电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年
7 康怡然;纳米二氧化锰/碳材料复合电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];郑州大学;2015年
8 张亦弛;低维氧化钼纳米材料微观结构及其电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年
9 李涛;Fe-Mn-Ti-C锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年
10 申亚举;水系锂离子电池负极材料LiTi_2(P0_4)_3的制备及性能研究[D];沈阳理工大学;2015年
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