锂离子电池高镍三元正极材料的制备与性能研究
发布时间：2022-11-09 21:15
随着便携式电子产品和电动汽车的迅速发展,人们对锂离子电池的能量密度、安全性、循环寿命和成本的要求越来越高。高镍三元层状材料LiNixCoyMnzO2（x＞0.6）具有高容量和低成本的特点,应用前景广阔,因此,成为当前研究热点材料之一。本文主要探讨了LiNi2/3Co（1-x）/6Mn（1+x）/6O2和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）两种高镍三元材料的制备与性能,得到如下主要结论:首先,采用流变相法成功制备了具有阳离子有序度高、缺陷低、充放电性能优良的LiNi2/3Co1/6Mn1/6O2正极材料。其中,煅烧温度、煅烧气氛以及锂配比是影响材料结构与性能的重要因素,最佳制备条件优化为:锂配比1.06（即锂过量6%）,氧气...
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池(LIB)简介
1.2.1 锂离子电池(LIB)的发展史
1.2.2 锂离子电池(LIB)的结构
1.2.3 锂离子电池(LIB)的工作原理
1.3 锂离子电池(LIB)正极材料简介
1.3.1 六方层状结构正极材料(LiMO_2)
1.3.2 橄榄石结构聚阴离子正极材料(LiMPO_4)
1.3.3 尖晶石锰酸锂(LiMn_2O_4)正极材料
1.3.4 高容量层状富锂正极材料(x Li_2MnO_3·(1-x)LiMO_2)
1.3.5 三元层状正极材料(LiNi_xCo_yMn_zO_2)
0.5)的研究进展"> 1.4 高镍三元正极材料LiNi_xCo_yMn_zO_2(x>0.5)的研究进展
1.4.1 高镍三元正极材料LiNi_xCo_yMn_zO_2的结构及充放电机理
1.4.2 高镍LiNi_xCo_yMn_zO_2 材料的电化学性能
1.4.3 高镍LiNi_xCo_yMn_zO_2材料的制备方法
1.4.4 高镍LiNi_xCo_yMn_zO_2材料存在的问题
1.4.5 高镍LiNi_xCo_yMn_zO_2材料的改性研究
1.5 论文的选题意义和研究内容
第二章 材料的制备及表征
2.1 实验药品与实验仪器
2.1.1 实验药品
2.1.2 实验仪器
2.2 材料的制备
2.2.1 流变法制备LiNi_(2/3)Co_(1/6)Mn_(1/6)O_2材料
2.2.2 共沉淀法制备LiNi_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)O_2 材料
2.2.3 LiNi_(0.89)Co_(0.11)O_2正极材料的制备
2.2.4 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料的制备
2.3 材料的微观结构表征
2.3.1 X射线衍射(XRD)分析
2.3.2 扫描电子显微(SEM)分析
2.3.3 X射线光电子能谱(XPS)分析
2.3.4 能量色散X射线光谱(EDS)分析
2.3.5 差示扫描量热(DSC)分析
2.3.6 透射电子显微(TEM)分析
2.3.7 激光粒度仪分析
2.4 材料的电化学性能测试
2.4.1 极片的制备
2.4.2 测试电池的组装
2.4.3 倍率性能测试
2.4.4 循环性能测试
2.4.5 交流阻抗(EIS)测试
2.4.6 循环伏安特性曲线(CV)测试
第三章 LiNi_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)O_2材料的制备与电化学性能的研究
3.1 引言
3.2 LiNi_(2/3)Co_(1/6)Mn_(1/6)O_2材料的制备与电化学性能的研究
3.2.1 煅烧温度对LiNi_(2/3)Co_(1/6)Mn_(1/6)O_2材料的影响
3.2.2 煅烧气氛对LiNi_(2/3)Co_(1/6)Mn_(1/6)O_2材料的影响
3.2.3 锂配比对LiNi_(2/3)Co_(1/6)Mn_(1/6)O_2材料的影响
3.3 LiNi_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)O_2材料的制备与电化学性能研究
3.3.1 前驱体Ni_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)(OH)_2的结构分析
3.3.2 LiNi_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)O_2材料的结构与性能研究
3.3.3 LiNi_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)O_2的热稳定性分析
3.4 本章小结
第四章 高镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的制备与性能研究.
4.1 引言
4.2 合成条件对LiNi_(0.89)Co_(0.11)O_2 材料结构和性能的影响
4.2.1 煅烧温度对LiNi_(0.89)Co_(0.11)O_2结构和性能的影响
4.2.2 锂配比对LiNi_(0.89)Co_(0.11)O_2结构和性能的影响
4.3 制备工艺对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料的影响
4.3.1 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的结构分析
4.3.2 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的形貌分析
4.3.3 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的能谱分析
4.3.4 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的电化学性能分析
4.4 本章小结
第五章 结论及展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师及作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]The mechanism of side reaction induced capacity fading of Ni-rich cathode materials for lithium ion batteries[J]. Daozhong Hu,Yuefeng Su,Lai Chen,Ning Li,Liying Bao,Yun Lu,Qiyu Zhang,Jing Wang,Shi Chen,Feng Wu. Journal of Energy Chemistry. 2021(07)
[2]Boosting cell performance of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode material via structure design[J]. Lin-bo Tang,Yang Liu,Han-xin Wei,Cheng Yan,Zhen-jiang He,Yun-jiao Li,Jun-chao Zheng. Journal of Energy Chemistry. 2021(04)
[3]第一性原理研究Mg掺杂对LiCoO2正极材料结构稳定性及其电子结构的影响[J]. 林洪斌,林春,陈越,钟克华,张健敏,许桂贵,黄志高. 物理学报. 2021(13)
[4]超级电容器国内外应用现状研究[J]. 韩亚伟,姜挥,付强,郭春辰. 上海节能. 2021(01)
[5]Interfacial chemistry of γ-glutamic acid-derived block polymer binder directing the interfacial compatibility of high voltage LiNi0.5Mn1.5O4 electrode[J]. Yue Ma,Chengdong Wang,Jun Ma,Gaojie Xu,Zheng Chen,Xiaofan Du,Shu Zhang,Xinhong Zhou,Guanglei Cui,Liquan Chen. Science China（Chemistry）. 2021(01)
[6]石墨烯作为锂离子电池正极导电剂的研究[J]. 赵艳红,吴涛,战祥连,林双,张志鹏. 电源技术. 2020(07)
[7]Understanding of performance degradation of LiNi0.80Co0.10Mn0.10O2 cathode material operating at high potentials[J]. Sheng S.Zhang. Journal of Energy Chemistry. 2020(02)
[8]浅析世界能源供需格局及中国能源清洁化策略[J]. 郭彤荔. 能源与节能. 2019(11)
[9]低温型锂离子电池的研制[J]. 陈仕玉,杨固长,杨柳,崔益秀,孟凡明. 电源技术. 2019(07)
[10]LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料的制备与电化学性能[J]. 朱余银,李晶. 强激光与粒子束. 2019(05)
硕士论文
[1]两种快离子导体对锂离子电池LiCoO2正极材料的表面修饰研究[D]. 董玉婉.河南大学 2020
[2]稀土元素（M=Y，La，Ce）掺杂LiCoO2正极材料的高电压特性研究[D]. 张晨.河南大学 2019
[3]锂离子电池富镍三元正极材料的制备及其包覆研究[D]. 黄玉平.华南理工大学 2019
[4]Li1.2Mn0.6Ni0.2O2正极材料的改性研究[D]. 谢东九.福建师范大学 2016
本文编号：3704906
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池(LIB)简介
1.2.1 锂离子电池(LIB)的发展史
1.2.2 锂离子电池(LIB)的结构
1.2.3 锂离子电池(LIB)的工作原理
1.3 锂离子电池(LIB)正极材料简介
1.3.1 六方层状结构正极材料(LiMO_2)
1.3.2 橄榄石结构聚阴离子正极材料(LiMPO_4)
1.3.3 尖晶石锰酸锂(LiMn_2O_4)正极材料
1.3.4 高容量层状富锂正极材料(x Li_2MnO_3·(1-x)LiMO_2)
1.3.5 三元层状正极材料(LiNi_xCo_yMn_zO_2)
0.5)的研究进展"> 1.4 高镍三元正极材料LiNi_xCo_yMn_zO_2(x>0.5)的研究进展
1.4.1 高镍三元正极材料LiNi_xCo_yMn_zO_2的结构及充放电机理
1.4.2 高镍LiNi_xCo_yMn_zO_2 材料的电化学性能
1.4.3 高镍LiNi_xCo_yMn_zO_2材料的制备方法
1.4.4 高镍LiNi_xCo_yMn_zO_2材料存在的问题
1.4.5 高镍LiNi_xCo_yMn_zO_2材料的改性研究
1.5 论文的选题意义和研究内容
第二章 材料的制备及表征
2.1 实验药品与实验仪器
2.1.1 实验药品
2.1.2 实验仪器
2.2 材料的制备
2.2.1 流变法制备LiNi_(2/3)Co_(1/6)Mn_(1/6)O_2材料
2.2.2 共沉淀法制备LiNi_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)O_2 材料
2.2.3 LiNi_(0.89)Co_(0.11)O_2正极材料的制备
2.2.4 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2材料的制备
2.3 材料的微观结构表征
2.3.1 X射线衍射(XRD)分析
2.3.2 扫描电子显微(SEM)分析
2.3.3 X射线光电子能谱(XPS)分析
2.3.4 能量色散X射线光谱(EDS)分析
2.3.5 差示扫描量热(DSC)分析
2.3.6 透射电子显微(TEM)分析
2.3.7 激光粒度仪分析
2.4 材料的电化学性能测试
2.4.1 极片的制备
2.4.2 测试电池的组装
2.4.3 倍率性能测试
2.4.4 循环性能测试
2.4.5 交流阻抗(EIS)测试
2.4.6 循环伏安特性曲线(CV)测试
第三章 LiNi_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)O_2材料的制备与电化学性能的研究
3.1 引言
3.2 LiNi_(2/3)Co_(1/6)Mn_(1/6)O_2材料的制备与电化学性能的研究
3.2.1 煅烧温度对LiNi_(2/3)Co_(1/6)Mn_(1/6)O_2材料的影响
3.2.2 煅烧气氛对LiNi_(2/3)Co_(1/6)Mn_(1/6)O_2材料的影响
3.2.3 锂配比对LiNi_(2/3)Co_(1/6)Mn_(1/6)O_2材料的影响
3.3 LiNi_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)O_2材料的制备与电化学性能研究
3.3.1 前驱体Ni_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)(OH)_2的结构分析
3.3.2 LiNi_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)O_2材料的结构与性能研究
3.3.3 LiNi_(2/3)Co_((1-x)/6)Mn_((1+x)/6)O_2的热稳定性分析
3.4 本章小结
第四章 高镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的制备与性能研究.
4.1 引言
4.2 合成条件对LiNi_(0.89)Co_(0.11)O_2 材料结构和性能的影响
4.2.1 煅烧温度对LiNi_(0.89)Co_(0.11)O_2结构和性能的影响
4.2.2 锂配比对LiNi_(0.89)Co_(0.11)O_2结构和性能的影响
4.3 制备工艺对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2正极材料的影响
4.3.1 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的结构分析
4.3.2 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的形貌分析
4.3.3 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的能谱分析
4.3.4 LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2的电化学性能分析
4.4 本章小结
第五章 结论及展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师及作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]The mechanism of side reaction induced capacity fading of Ni-rich cathode materials for lithium ion batteries[J]. Daozhong Hu,Yuefeng Su,Lai Chen,Ning Li,Liying Bao,Yun Lu,Qiyu Zhang,Jing Wang,Shi Chen,Feng Wu. Journal of Energy Chemistry. 2021(07)
[2]Boosting cell performance of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode material via structure design[J]. Lin-bo Tang,Yang Liu,Han-xin Wei,Cheng Yan,Zhen-jiang He,Yun-jiao Li,Jun-chao Zheng. Journal of Energy Chemistry. 2021(04)
[3]第一性原理研究Mg掺杂对LiCoO2正极材料结构稳定性及其电子结构的影响[J]. 林洪斌,林春,陈越,钟克华,张健敏,许桂贵,黄志高. 物理学报. 2021(13)
[4]超级电容器国内外应用现状研究[J]. 韩亚伟,姜挥,付强,郭春辰. 上海节能. 2021(01)
[5]Interfacial chemistry of γ-glutamic acid-derived block polymer binder directing the interfacial compatibility of high voltage LiNi0.5Mn1.5O4 electrode[J]. Yue Ma,Chengdong Wang,Jun Ma,Gaojie Xu,Zheng Chen,Xiaofan Du,Shu Zhang,Xinhong Zhou,Guanglei Cui,Liquan Chen. Science China（Chemistry）. 2021(01)
[6]石墨烯作为锂离子电池正极导电剂的研究[J]. 赵艳红,吴涛,战祥连,林双,张志鹏. 电源技术. 2020(07)
[7]Understanding of performance degradation of LiNi0.80Co0.10Mn0.10O2 cathode material operating at high potentials[J]. Sheng S.Zhang. Journal of Energy Chemistry. 2020(02)
[8]浅析世界能源供需格局及中国能源清洁化策略[J]. 郭彤荔. 能源与节能. 2019(11)
[9]低温型锂离子电池的研制[J]. 陈仕玉,杨固长,杨柳,崔益秀,孟凡明. 电源技术. 2019(07)
[10]LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料的制备与电化学性能[J]. 朱余银,李晶. 强激光与粒子束. 2019(05)
硕士论文
[1]两种快离子导体对锂离子电池LiCoO2正极材料的表面修饰研究[D]. 董玉婉.河南大学 2020
[2]稀土元素（M=Y，La，Ce）掺杂LiCoO2正极材料的高电压特性研究[D]. 张晨.河南大学 2019
[3]锂离子电池富镍三元正极材料的制备及其包覆研究[D]. 黄玉平.华南理工大学 2019
[4]Li1.2Mn0.6Ni0.2O2正极材料的改性研究[D]. 谢东九.福建师范大学 2016
本文编号：3704906
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