锂离子电池富锂正极材料的制备及其改性研究

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1、学校代码10530学号201510141508分类号O646密级公开硕士学位论文锂离子电池富锂正极材料的制备及其改性研究学位申请人刘仲书指导教师易兰花学院名称化学学院学科专业化学工程研究方向应用电化学二零一八年五月Preparationandmodificationoflithium-richcathodematerialforlithium-ionbatteriesCandidateZhongshuLiuSupervisorLanhuaYiCollegeChemistryProgramChemicalEngineeringSpecial

2、izationAppliedElectrochemistryDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay.2018湘潭大学硕士论文锂离子电池富锂正极材料的制备及其改性研究摘要经过一系列的研究发现，富锂层状氧化物正极材料xLi2MnO3·(1−x)LiMO2(M=锰，镍，钴等，0250mAh/g)和优良的电化学和热稳定性等优点，材料备受关注。然而,富锂正极材料低的倍率性能、首次放

3、电的不可逆容量比较高、循环过程中容量衰减快，放电电压平台变低等问题作为材料广泛应用的根本性挑战。为了让富锂正极材料能应用到我们的实际生活中，本文通过改变材料内部结构和形貌来改善富锂正极材料的电化学性能，主要研究内容如下：1.尖晶石/层状结构的富锂正极材料0.4Li2MnO3·0.6LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成方法简单。根据结构和形态分析，制备的富锂正极材料具有多孔的微纳米结构和尖晶石/层状结构。该材料具有优异的电化学性能，特别是倍率性能。材料初始放电容量为269mAh/g，其库伦效率高(90.3%)，5C下的放电容量为23

4、9mAh/g，即使在10C的大电流密度下，放电容量依然高达175.8mAh/g。此外，在5C高电流密度下200次循环后，电池的容量仍然高达80%。在层状结构中加入尖晶石+相可以抑制材料结构的坍塌和循环过程中电压衰减，材料提供三维的Li扩散通道。尖晶石结构和多孔微纳结构都是提高材料电化学性能的重要因素。2.通过控制富锂正极材料前驱体合成过程中反应温度、表面活性剂、反应时间、溶剂和沉淀剂的选择等来改变材料的形貌和晶粒的尺寸大小。这四种材料的形貌分别是立方体(L-LLNCM)、球形(Q-LLNCM)、片状(P-LLNCM)和短棒状(D-LLNC

5、M)。由于P-LLNCM材料呈片状，Li+插入/脱嵌位点大大增加了，有利于提高材料的动力学参数，且结晶度好具有良好的层状结构，所以P-LLNCM的电化学性能在这四种形貌中是最好的。关键词：富锂正极材料；层状-尖晶石复合结构；结构设计；电化学性能I湘潭大学硕士论文锂离子电池富锂正极材料的制备及其改性研究AbstractImprovingthepropertiesoftheactivecathodematerialscanpromotethedevelopmentofLIBs.Li-richlayeredoxidematerials,xLi2

6、MnO3·(1-x)LiMO2(M=Mn,Ni,Co,etc.0250mAh/g)underhighoperatingvoltagesofabove4.6Vandexcellentelectrochem

7、icalandthermalstabilities.However,Li-richmaterialshavefacednewfundamentalchallengesofpoorratecapability,signficantinitialirreversibilitycapacityloss,andseveredecreaseinthedischargevoltageplateauuponcycling.InanattempttoenhancetheelectrochemicalperformanceoftheLi-richmater

8、ial，theporous-rodlikemicro-nanostructuredLi-richspinel/layeredoxideandmicro/nanostructuredesignh