富锂正极材料制备及其性能提升技术研究
富锂锰基材料是一种具有高比容量和高工作电压特性的新型正极极材料，但该材料存在较高的不可逆容量和低电子导电率。因此，它的高倍率充放电性能不理想。由于富锂相材料的特殊放电机制，首圈效率较低，严重妨碍了其实际应用。因此需要通过优化合成工艺等方法来改善富锂锰基正极材料的电化学性能。 本文在合成路线上采用纳米砂磨、喷雾干燥、高温煅烧的工艺来制备目标产物，较共沉淀法，该方法不会产生大量含酸根离子的废水，是一种绿色环保的合成技术。而且该工艺精简了生产工艺流程，既节省了生产成本又适合大规模生产。 通过探究砂磨时间、煅烧温度对材料各项性能的影响发现，砂磨60min得到的颗粒粒径最小（D50=235nm）。当煅烧温度为900℃时，获得最高的电化学数据，即223.4mAh·g-1的首圈放电比容量。因此确定砂磨时间60min，煅烧温度900℃是最佳的合成工艺参数。 在最佳合成工艺条件的基础上，我们又设计了在Li1.4Mn0.61Ni0.18Co0.18Al0.03O2.4（LNCMAO）中加入尖晶石体系的LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）材料来改善富锂相本身过低的首圈库伦效率，并且在复合前对尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4材料进行F元素取代改性，改性后LiNi0.5Mn1.5O3.9F0.1（LNMOF）材料在循环50圈后仍有174.9mAh·g-1，相对于未改性的提升了49.6%。然后根据获得的LNCMAO和LNMOF充放电数据，我们以1：1的质量比混合后发现复合材料的首圈充放电克容量为229.2mAh·g-1和215.4mAh·g-1,并且库伦效率由原来的65.9%（LNCMAO）提高到了94.0%（复合样品）。在循环稳定性方面复合材料在0.2C下50圈后仍有203.6mAh·g-1。 最后，本章的研究内容是使用Y2O3对Li1.4Mn0.61Ni0.18Co0.18Al0.03O2.4材料的表面改性。研究提高了材料的首圈库伦效率和容量保持率。实验发现Y2O3修饰后，样品的充放电比容量虽然有所下降，但首圈库伦效率从65.4%提升至了74.7%。电化学性能的改善主要体现在10C倍率下Y2O3/Li1.4Mn0.61Ni0.18Co0.18Al0.03O2.4放电比容量为79.4mAh·g-1而对比未修饰的样品为46.5mAh·g-1，克容量的提高量高达70.7%。样品在0.2C循环50次后容量保持率提高到了92.9%。这主要归功于Y2O3修饰后会使得电解液中的HF优先与Y2O3反应，从而减少在活性物质表面发生的副反应。
富锂正极材料;F元素取代;Y2O3修饰;库伦效率;电化学性能
上海应用技术大学
硕士
材料化学工程
常程康
2020
中文
TM242
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）