锂离子电池三元正极材料的制备及改性研究
全球能源问题日益严峻，环境问题也日渐突出。开发新型高效的能源技术以及新的能源材料成为解决社会能源环境问题的重要方式。锂离子电池这一清洁高效的能源装置受到广泛的关注。正极材料作为锂离子电池中的重要组成部分，各大科研院所与企业都致力于开发出具有高容量，长循环寿命的正极材料。经过对锂离子电池正极材料的现状分析之后，本文选择了高比容量的三元正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)进行研究。通过探索材料的合成工艺，以及后续的改性研究，取得了以下显著的成果。 首先我们通过纳米球磨辅助的高温固相法合成了锂离子电池三元正极材料NCM622，并对球磨参数，合成温度等工艺参数进行了优化。经过电化学性能测试，材料在0.1C倍率下放电比容量达到181.9mAh/g，1C倍率下100次循环后仍有125.4mAh/g的放电比容量，循环保持率为82.0%。 为进一步提高材料的电化学性能，我们合成了铷离子改性的三元正极材料NCM622。当铷离子取代量为1%时获得最佳的电化学性能。铷离改性后，扩大了锂层空间，使的锂离子锂离子扩散系数提高到4.64×10-13cm2/s。改性后的材料在0.1C下的放电比容量为188.9mAh/g，循环100圈后(1C)保持率89.4%。 最后我们为了改善材料的循环性能，使用钇离子取代一部分过渡金属层离子。钇离子的离子半径(0.960?)远大于过渡金属层离子Ni2+(0.69?)、Co3+(0.545?)、Mn4+(0.530?)半径，掺杂之后使得过度金属层间距扩大，对于锂离子的脱嵌有很大改善；同时Y-O键的结合能力更强，这为稳定材料的结构提供了基础。钇掺杂后的循环性能得到明显提高，初始容量(1C)为159.2mAh/g，1C下循环100圈后保持率达到92.2%，材料循环性能得到明显改善。
锂离子电池;正极材料;锂镍混排;铷离子取代;钇离子取代
上海应用技术大学
硕士
化学工程
章冬云;马紫峰
2020
中文
TB34;TM912
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）