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《中南大学》 2013年
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锂离子电池镍基LiNi_(1-2x)Co_xMn_xO_2正极材料的合成及改性研究

岳鹏  
【摘要】:层状LiNi1-x-yCoxMnyO2材料兼具了LiNiO2、LiCoO2和LiMnO2三者的优点,成为极具应用前景的锂离子电池正极材料之一。但是,LiNi1-x-yCoxMnyO2依然存在一些问题,如容量衰减较快和倍率性能较差等,从而限制了其应用领域。因此,本文采用不同方法合成两种镍基LiNi1-2xCoxMnxO2(x=0.01和0.02)材料,并通过表面修饰及掺杂等手段,改善电化学性能。 采用喷雾干燥法和共沉淀法合成了层状LiNi1-2xCoxMnxO2(x=0.01和0.02),研究合成条件及合成方法对材料结构和电化学性能的影响。通过Rietveld结构精修发现,采用喷雾干燥法合成的LiNi1-2xCoxMnxO2样品阳离子混排程度分别为5.5%(x=0.01)和4.3%(x=0.02);共沉淀法合成的LiNi1-2xCoxMnxO2样品阳离子混排程度低于喷雾干燥法合成的样品,分别为3.8%(x=0.01)和3.1%(x=0.02)。电化学阻抗与电化学测试表明,共沉淀法合成的LiNi1-2xCoxMnxO2电荷转移阻抗更小,电化学性能优于喷雾干燥法合成的样品。以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为例,在2.8~4.3V电压范围内,喷雾干燥法合成的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在0.1C、0.5C、1C、2C和5C的放电容量分别为194.4、177.8、166.5、153.5和127.5mAh g-1;在0.5C、1C和2C循环50次后的容量保持率分别为87.8%、82.9%和80.3%。共沉淀法合成的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在0.1C、0.5C、1C、2C和5C的放电容量分别为186.6、173.7、165.7、155.8和138.6mAh g-1;在0.5C、1C和2C循环50次后的容量保持率分别为91.1%、86.5%和83.8%。 采用喷雾干燥法合成了LiNi1-2xCoxMnxO2/RGO (Reduced Graphene Oxide,还原氧化石墨烯)复合材料。研究结果表明复合材料具有α-NaFeO2型层状结构,且LiNi1-2xCoxMnxO2颗粒被薄层RGO包裹。电化学测试表明LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/RGO复合材料的电化学性能优于LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料,然而LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2/RGO复合材料的电化学性能不如LiNi0.gCo0.1Mn0.1O2。以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和RGO为原料,采用固相混合法合成了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2/RGO复合材料,其中RGO含量为2%。复合材料0.1C的首次放电容量为192.5mAhg-1,其倍率性能和循环性能均优于LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。电化学阻抗表明RGO的添加降低了复合材料的电荷转移阻抗,有利于改善电极充放电过程中的动力学性能。 以LiNi1-2xCoxMnxO2和NH4F为原料,采用低温氟化反应合成了氟掺杂的LiNi1-2xCoxMnxO2-zFz,研究了不同的氟掺杂量对材料结构、元素价态及电化学性能的影响。LiNi1-2xCoxMnxO2-zFz(0≤z≤0.06)样品均为具有层状结构的纯相物质;随着氟掺杂量的提高,阳离子混排程度增加;XPS分析表明材料中过渡金属的元素价态发生变化,以对掺入的氟离子进行电荷补偿,进而引起材料晶格参数的变化。电化学测试表明适量的氟掺杂尽管略微降低了材料的初始放电容量,但改善了材料的倍率性能、循环性能和存储性能。TEM和XRD证实了氟掺杂有利于稳定材料的结构,抑制电解液中HF对材料颗粒表面的侵蚀。而电化学阻抗表明氟掺杂可以有效降低材料的电荷转移阻抗,改善充放电过程中的动力学性能。图99幅,表38个,参考文献271篇。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM912

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴诗德;宋彦良;李超;王力臻;夏同驰;卫应亮;陈荣峰;;石墨烯材料的制备及其在电化学领域的应用[J];材料导报;2011年05期
2 于锋;张敬杰;王昌胤;袁静;杨岩峰;宋广智;;锂离子电池正极材料的晶体结构及电化学性能[J];化学进展;2010年01期
3 王福庆;陈剑;张锋;衣宝廉;;锂离子电池聚阴离子型正极材料[J];化学进展;2012年08期
4 叶乃清,刘长久,沈上越;锂离子电池正极材料LiNiO_2存在的问题与解决办法[J];无机材料学报;2004年06期
5 袁小亚;;石墨烯的制备研究进展[J];无机材料学报;2011年06期
6 李宇展,任俊霞,周震,高学平,阎杰;锂离子二次电池正极材料LiVPO_4F的制备及其电化学性能的研究[J];无机化学学报;2005年10期
7 刘建文;李新海;王志兴;郭华军;胡启阳;;锂离子电池电解质盐LiBF_4的制备新方法及表征[J];无机化学学报;2009年01期
8 粟智;徐茂文;叶世海;王永龙;;锂离子电池正极材料LiMnO_2的掺杂及其电化学性能[J];物理化学学报;2009年06期
9 王蓉;杨承旭;时迎国;孙玉增;李国宝;金头男;秦高梧;廖复辉;林建华;;1200℃合成Mn_3O_4-Fe_2O_3体系的物相关系、结构和阳离子分布(英文)[J];物理化学学报;2012年05期
10 王红强,李新海,郭华军,张宝,郭永兴;石墨化中间相炭微球表面镀银的电化学性能[J];中南工业大学学报(自然科学版);2003年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙国娟;熊杰明;葛明兰;方国;韩迪;;氧化铁掺杂对中间相炭微球制备的影响研究[J];北京石油化工学院学报;2011年03期
2 殷金玲;张宝宏;孟祥利;蒲俊红;;插入型化合物作为超级电容器电极材料[J];材料导报;2006年S2期
3 唐致远;杨光明;王倩;;5V锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4改性研究现状[J];材料导报;2007年06期
4 郭孝东;刘恒;吴德桥;钟本和;;磷酸盐系锂离子电池正极材料的研究进展[J];材料导报;2009年07期
5 陶涛;敖文乐;;锂离子电池正极材料LiVPO_4F的研究进展[J];电池工业;2011年01期
6 夏继平;邓小川;朱朝梁;;Mg~(2+)掺杂对LiFePO_4/C结构和性能的影响[J];电池工业;2011年04期
7 陈步明;郭忠诚;杨显万;;非金属粉体化学镀银的研究进展[J];电镀与涂饰;2006年10期
8 王海燕;唐爱东;黄可龙;吴晓;;锂离子蓄电池正极材料磷酸钒盐研究进展[J];电源技术;2007年04期
9 周友元;李新海;郭华军;王志兴;杨勇;;中间相炭材料包覆天然石墨球[J];电源技术;2007年12期
10 张慧;王殿龙;王崇;;溶胶凝胶法制备磷酸亚铁锂的研究[J];电源技术;2010年08期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 杨赛玉;张森;;Li_3V_2(PO_4)_3和Li_3V_2(PO_4)_3/C的固相合成及表征[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
2 郭军;张怡琼和;胡传跃;彭秧锡;;氢氧化物共沉淀法制备锂离子电池LiNi_(0.76)Co_(0.1)Mn_(0.1)Zn_(0.04)O_2正极材料[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
3 张临超;陈春华;;固相法原位制备三维多孔碳膜支撑Li_3V_2(PO_4)_3薄膜电极[A];中国固态离子学暨电池材料青年学术论坛——论文摘要集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 伍凌;综合利用钛铁矿制备锂离子电池正极材料LiFePO_4和负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究[D];中南大学;2011年
2 杨亦双;中间相炭材料的制备及其电化学性能研究[D];天津大学;2011年
3 黄建书;聚阴离子型磷酸盐锂离子电池正极材料的研究[D];上海交通大学;2011年
4 胡成林;锂离子电池磷酸盐正极材料的制备、表征及性能研究[D];昆明理工大学;2011年
5 张露露;锂离子电池正极材料磷酸钒锂及其改性研究[D];华中科技大学;2012年
6 孙艳芝;锂离子电池正极材料LiNiO_2及前驱体NiOOH的制备与性能研究[D];北京化工大学;2007年
7 周友元;锂离子电池复合炭负极材料的制备及性能研究[D];中南大学;2008年
8 高飞;锂离子电池正极材料LiFePO_4的合成与电化学性能研究[D];天津大学;2008年
9 唐安平;单斜Li_3V_2(PO_4)_3/C正极复合材料研究[D];湘潭大学;2008年
10 胡传群;镀膜复合粒子的制备及导电性能研究[D];武汉理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 秦明;锂离子电池正极材料磷酸锰锂合成方法的研究[D];山东科技大学;2010年
2 占孝云;聚苯乙烯模板法制备锂离子电池材料及电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
3 丁国芸;石墨粉电镀法镀覆铜、锌、银工艺研究[D];湖南大学;2008年
4 蔡红福;LiMn_2O_4和LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的合成与改性[D];江南大学;2011年
5 张欣;锂离子电池氧化锰系正极材料的制备及其电化学性能研究[D];陕西师范大学;2011年
6 唐代春;锂离子电池正极材料LiFePO_4前驱体的制备及合成LiFePO_4/C的性能研究[D];中南大学;2011年
7 艾邓均;锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3/C的制备与改性研究[D];中南大学;2011年
8 瞿毅;磷酸铁锂正极材料的合成及其聚合物包覆改性研究[D];中南大学;2011年
9 杨建东;锂离子电池正极材料氟磷酸钒锂的合成及电化学性能研究[D];湘潭大学;2011年
10 王娜;流变相法制备Li_4Ti_5O_(12)材料及改性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李旭;赵卫峰;陈国华;;石墨烯的制备与表征研究[J];材料导报;2008年08期
2 朱先军;刘云霞;耿良梅;程龙兵;;锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3的研究进展[J];电池;2007年05期
3 刘汉三,杨勇,张忠如,林祖赓;锂离子电池正极材料锂镍氧化物研究新进展[J];电化学;2001年02期
4 高旭光;胡国荣;彭忠东;万烨;杜柯;刘艳君;;LiFePO_4-LiMn_2O_4混合正极材料对电池性能的影响[J];电源技术;2007年11期
5 王兆翔;陈立泉;;锂离子电池正极材料研究进展[J];电源技术;2008年05期
6 杨全红;唐致远;;新型储能材料——石墨烯的储能特性及其前景展望[J];电源技术;2009年04期
7 翟秀静,孙晓萍,田彦文,翟玉春;添加磷、硼、硅和铝的锂离子电池材料LiNiO_2研究[J];分子科学学报;2002年02期
8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期
9 黄毅;陈永胜;;石墨烯的功能化及其相关应用[J];中国科学(B辑:化学);2009年09期
10 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 郭华军;锂离子电池炭负极材料的制备与性能及应用研究[D];中南大学;2001年
2 刘忠良;碳化硅薄膜的外延生长、结构表征及石墨烯的制备[D];中国科学技术大学;2009年
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1 沈丽英;乙二胺还原法制备纳米石墨烯[D];南京理工大学;2009年
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1 何向明,蒲薇华,王久林,姜长印,万春荣;锂离子电池富硫聚合物正极材料的研究进展[J];电池;2005年04期
2 曲涛;田彦文;翟玉春;;锂离子电池正极材料LiFePO_4的发展[J];材料导报;2004年02期
3 黄小文,史鹏飞;熔融浸渍法制备锂离子电池正极材料LiMn_2O_4的研究[J];分子科学学报;2005年03期
4 常照荣,齐霞,吴锋,汤宏伟,孙东;低共熔混合锂盐合成LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的研究[J];应用化工;2005年09期
5 刘进,吴绍华,兰尧中;锂离子电池正极材料的研究与开发现状[J];云南冶金;2005年05期
6 代克化;王银杰;何平;谢燕婷;其鲁;;高密度LiMn_(0.4)Ni_(0.4)Co_(0.2)O_2正极材料的合成与研究[J];北京大学学报(自然科学版);2006年S1期
7 卞锡奎;;薄膜二次锂离子电池正极研究进展[J];实验室科学;2007年06期
8 钟胜奎;王健;肖新和;李伟;;锂离子电池正极材料LiFePO_4的研究现状及展望[J];化工新型材料;2008年05期
9 付文莉;;锂离子电池电极材料的研究进展[J];电源技术;2009年09期
10 田成邦;刘妍;;锂离子电池钒系正极材料的研究进展[J];化工中间体;2010年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘国强;曾潮流;杨柯;;锂离子电池钒系正极材料的研究概况[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
2 周新文;张季平;刘浩文;郭光辉;雷太鸣;张克立;;LiFePO_4/C的合成及其电化学性能研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
3 张静;黄可龙;赵裕鑫;;水热法合成LiFePO_4及其电化学性能研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
4 杨书廷;董红玉;赵娜红;岳红云;杨金鑫;;Co对尖晶石LiMn_2O_4电化学性能的协同作用[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
5 唐义会;曹传宝;文捷;翟华章;朱鹤孙;;锂离子电池正极材料LiFePO_4的合成及电化学性能[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
6 刘浩;李晨;曹千;吴宇平;吴浩青;;锂离子电池新型正极材料LiFePO_4的改性[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
7 汤宏伟;常照荣;钟发平;;锂离子电池正极材料LiNiO_2的研究进展[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
8 文衍宣;黄映恒;童张法;;镁离子掺杂对LiFePO_4结构和性能的影响[A];第九届全国化学工艺学术年会论文集[C];2005年
9 胡晨;刘韩星;甘小燕;欧阳世翕;;锂离子电池正极材料锂镍复合氧化物的合成及性能研究[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
10 朱先军;刘韩星;胡晨;甘小燕;周健;欧阳世翕;;锂离子电池正极材料LiNi_(0.80)Co_(0.20-x)Al_xO_2合成及表征[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
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1 盛晓明 饶钦富;江西理工大与宜春共同打造“亚洲锂都”[N];中国矿业报;2009年
2 阎晶昌;天津建成锂离子电池材料生产线[N];中国化工报;2003年
3 罗海基;日开发出新型锂离子电池[N];中国有色金属报;2003年
4 兴 华;劣质锂离子电池引发隐忧[N];中国质量报;2004年
5 记者 王小龙;“豆荚”复合材料可延长锂离子电池使用寿命[N];科技日报;2011年
6 本报记者 张迎增;锂离子电池:澳柯玛异军突起[N];中国高新技术产业导报;2002年
7 本报记者 纪爱玲;示范工程催生锂电池产业良机技术有待提高[N];中国高新技术产业导报;2009年
8 记者 赵晖;锂电池“巨无霸”天大诞生[N];天津日报;2010年
9 张长海;锂离子电池材料研究呼之欲出[N];中国有色金属报;2002年
10 潘葆铸;锂离子电池设备打入日本市场[N];中国工业报;2004年
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1 周园;锂离子电池正极材料尖晶石Li-Mn-Oxide的制备和性能研究[D];中国科学院研究生院(青海盐湖研究所 );2005年
2 刘伟;高能量密度存储材料LiNi_(1-x-y)Al_xMg_yO_2的制备及表征[D];吉林大学;2006年
3 魏英进;锂离子电池锰基正极材料的合成与表征[D];吉林大学;2004年
4 罗文斌;Al、Mg和Mn-Mg掺杂对LiCoO_2和LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2结构、电化学和热稳定性能的影响[D];中南大学;2010年
5 汤宏伟;锂离子电池正极材料LiNi_(1-x)M_xO_2(M=Co,Al,Mn)的研究[D];湖南大学;2003年
6 岳鹏;锂离子电池镍基LiNi_(1-2x)Co_xMn_xO_2正极材料的合成及改性研究[D];中南大学;2013年
7 钟国彬;锂离子电池尖晶石型5V正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的研究[D];中国科学技术大学;2012年
8 彭文杰;锂离子电池正极材料的合成与性能及电池制作技术研究[D];中南大学;2001年
9 杨志;锂离子电池层状正极材料及其前驱体的制备与性能研究[D];中南大学;2010年
10 杨同勇;锂离子电池5V正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的制备及改性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
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1 李若愚;锂离子电池用正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的研究[D];中南大学;2005年
2 张花蓉;锂离子电池用含镍、锰正极材料的湿化学法合成研究[D];四川大学;2003年
3 姚耀春;锂离子电池正极材料锂锰氧的研制[D];昆明理工大学;2003年
4 张新龙;锂离子电池正极材料LiFePO_4的合成与改性研究[D];中南大学;2004年
5 黄玉代;低热固相法合成锂离子电池Li-Mn-O系正极材料及其性能表征[D];新疆大学;2004年
6 郎丰饶;锂电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2制备及结构表征[D];东北师范大学;2010年
7 严立云;锂离子电池正极材料LiMn_2O_4的合成与表征[D];吉林大学;2005年
8 沈培智;锂离子电池正极材料LiMn_2O_4的制备及性能研究[D];新疆大学;2005年
9 韩彬;锂离子电池新型正极材料LiFePO_4的研究与进展[D];天津大学;2005年
10 王凤;掺杂型尖晶石LiMn_2O_4的试验研究及合成[D];昆明理工大学;2006年
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