锂离子电池正极材料Li1.3Ni0.35Mn0.65O2.3的制备与电化学性质的研究

论文摘要

相对于锂离子电池正极材料LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4和LiFePO4来说,层状Li[Li1/3-2x/3 Mn2/3-x/3Nix]O2正极材料具有高比容量、高电压、稳定性好,低成本、无污染等优点,是目前锂离子电池正极材料的研究热点之一。锂离子电池层状Li1.3Ni0.35Mn0.65O2.3正极材料是Li[Li1/3-2X/3 Mn2/3-x/3Nix]O2体系中的一种。本文研究了Li1.3Ni0.35Mn0.65O2.3正极材料的制备方法、合成条件、物理性能及电化学性能。分别采用高温固相法和共沉淀法制备层状Li1.3Ni0.35Mn0.65O2.3正极材料,并分别对所合成样品的结构和电化学性能作比较。研究并讨论了共沉淀法合成Li1.3Ni0.35Mn0.65O2.3正极材料的合成条件（煅烧温度、煅烧时间、不同气氛）对所合成样品结构和电化学性能的影响,找出更适宜的合成条件和合成工艺。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等手段对所合成样品的物相结构和颗粒形貌进行了表征；利用激光粒度仪、PH计、振实密度仪、比表面积仪等设备对所合成样品的物理性能进行了检测；通过充放电测试考察了所得样品的电化学性能。通过等离子电感耦合发射光谱仪（ICP-2000）对共沉淀法所合成样品中的Li/Ni/Mn比值进行了测定。实验结果表明：与固相法相比,共沉淀法所制得的样品物相结构、形貌和电化学性能更好。采用共沉淀法制备Li1.3Ni0.35Mn0.65O23正极材料时,在800℃、氧气气氛下煅烧12小时所得到的材料的形貌、结构、物理性能及电化学性能最好,经ICP测试表明,锂、镍、锰元素摩尔比为1.305：0.35：0.65。XRD分析表明,材料为标准的aNaFeO2层状结构,属于六方晶系。电化学性能方面,在2.0-4.6V充放电电压,O.1C的放电倍率下,其可逆容量达183mAh/g,65次循环后容量保持在188mAh/g左右；充放电倍率越大,放电比容量越低,但是差距不大,适用于高倍率放电。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子电池的概论
• 1.1.1 锂离子电池的产生
• 1.1.2 锂离子电池的原理
• 1.1.3 锂电池的结构
• 1.2 锂离子电池正极材料
• 1.2.1 氧化钴锂正极材料
• 1.2.2 氧化镍锂正极材料
• 4）'>1.2.3 磷酸亚铁锂（LiFePO₄）
• 1.2.4 氧化锰锂正极材料
• 1.3 本论文的研究意义及主要研究内容
• 1.3.1 本论文的选题背景、研究意义
• 1.3.2 本论文的研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验药品、设备及材料表征方法
• 2.1.1 实验化学药品
• 2.1.2 主要的试验设备
• 2.1.3 材料表征主要设备和仪器
• 2.2 正极材料的制备
• 2.2.1 高温固相合成法
• 2.2.2 共沉淀合成法
• 2.3 纽扣电池的组装
• 2.3.1 正极的制作
• 2.3.2 负极的制作
• 2.3.3 隔膜的制作
• 2.3.4 纽扣电池的组装
• 2.4 正极材料的表征和测试方法
• 2.4.1 X射线衍射分析（XRD）
• 2.4.2 扫描电镜（SEM）
• 2.4.3 等离子耦合发射光谱仪
• 2.4.4 激光粒度仪
• 2.4.5 充放电测试
• 2.5 正极材料的评价指标
• 2.5.1 正极材料物理性能评价指标
• 2.5.2 锂离子电池电化学性能评价指标
• 第三章 实验结果与分析
• 3.1 元素成分含量分析
• 3.2 合成样品物理性能的检测结果及分析
• 3.3 合成方法对材料的结构、形貌及电化学性能的影响
• 3.3.1 合成方法对材料物相结构的影响
• 3.3.2 合成方法对材料形貌的影响
• 3.3.3 合成方法对材料电化学性能的影响
• 3.4 合成条件对材料的结构及电化学性能的影响
• 3.4.1 煅烧温度对材料性能的影响
• 3.4.2 煅烧时间对材料性能的影响
• 3.4.3 烧结过程中通的气体不同对材料结构的影响
• 3.5 充放电制度对材料电化学性能的影响
• 3.5.1 充放电倍率对材料电化学性能的影响
• 3.5.2 充电电压对材料电化学性能的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果