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锂离子电池正极材料Li〈,1.05〉Ni〈,1-x〉CO〈,x〉O〈,2〉的合成与研究

专 业: 环境科学
关键词: 锂离子电池 表面包覆 正极材料
分类号: TM2
形 态: 共 60 页 约 39,300 个字 约 1.88 M内容
阅 读: 全文阅读说明

内容摘要


该文详细介绍了锂离子电池材料的发展现状与前景,主要强调了课题研究工作的重要意义.众所周知,锂离子电池发展的关键在于嵌入式正极材料的开发,因此,该文对正极材料的合成进行了系统研究.在对比几种正极材料的基础上提出改性后的LiNiO<,2>有望成为新一代商业化的锂离子电池正极材料.具体地分析了不同合成条件下的正极材料的晶体结构、颗粒形貌和电化学性能;以不同制备工艺合成了表面包覆掺杂的锂过渡金属氧化物Li<,1.05>Ni<,1-x>Co<,x>O<,2>x=0.1;0.2;0.3x研究对晶体结构、电化学性能的影响;初步讨论了PVBPolyvinylbutyral、柠檬酸Citric acid与过渡金属阳离子的配合反应过程.采用XRD、SEM、ICP等多种分析手段对合成的Li<,1.05>Ni<,1-x>Co<,x>O<,2>x=0.1;0.2;0.3进行了表征.XRD显示材料具有典型的α-NaFeO<,2>层状结构;在材料的SEM图上可以看到制备出的正极材料呈圆球状,直径范围为10~20 μ m.实验中采用sol-gel法和喷雾干燥法制备嵌锂过渡金属氧化物正极材料的前驱体后进行热合成.柠檬酸配合法和PVB配合法合成的表面包覆Co的正极材料可逆比容量均超过190mAh/g,以充放电倍率0.2C、经30次充放电循环后容量保持率为96%以上.相对湿度为40放置30天,可逆比容量仍可达180 mAh/g以上,表现出稳定的电化学性能和良好的贮存性能.由此可见,钴的表面掺杂能够明显提高材料的循环稳定性;喷雾干燥法制备的产物Li<,1.05>Ni<,0.8>Co<,0.2>O<,2>具有成份易于控制、结晶度高、颗粒适中的特点,在中试中,材料的可逆比容量仅为160 mAh/g左右,但通过综合考虑,喷雾干燥法工艺应更适合产业规模化的要求.研究结果表明,焙烧温度和恒温时间的控制是重要的影响因素,通氧量和时间的把握要根据产物的量确定.720℃恒温8小时可以获得综合性能良好的正极材料,产物具有典型的α-NaFeO<,2>层状结构、颗粒的球形尺寸均匀直径约18μm、表面结晶层致密.包覆掺杂的正极材料Li<,1.05>Ni<,0.8>Co<,0.2>O<,2>具有良好的综合性能,是替代LiCoO<,2>的优选材料之一.在目前钴资源相对不足、价格不断攀升背景下, 该生产技术具有自主知识产权,对于中国锂离子电池的发展具有非常重要的现实意义……

全文目录


文摘
英文文摘
第1章 绪论
1.1课题背景
1.2锂离子电池的发展现状
1.3锂离子电池的发展前景
1.4研究内容
1.5锂离子电池概述
1.5.1锂离子电池的工作原理
1.5.2负极材料
1.5.3隔膜
1.5.4电解质
1.5.5正极材料
第2章 实验内容
2.1主要原料及化学试剂
2.2主要设备
2.3测试手段
2.4电极片的制备
2.5扣式模拟电池的装配与测试
2.6前驱体制备
2.6.1聚乙烯醇缩丁醛PVB为配合剂的前驱体制备
2.6.2柠檬酸为配合剂的前驱体制备
2.6.3喷雾干燥法制备前驱体
2.7正极材料的合成
2.7.1正极材料LiNiO2的合成与改性
2.7.2正极材料Li1.05Ni1-xCoxO2的合成
2.8本章小结
第3章 结构分析
3.1前言
3.2正极材料LiNiO2的结构
3.3正极材料Li1.05Ni1-xCoxO2的结构
3.4合成条件对结构的影响
3.4.1合成温度对结构的影响
3.4.2合成时间对结构的影响
3.4.3钴掺杂量对结构的影响
3.5前驱体制备方法对结构的影响
3.6本章小结
第4章 电化学性能研究
4.1前言
4.2合成温度对性能的影响
4.3合成时间对性能的影响
4.4不同掺钴量充放电性能对比
4.5不同的前驱体制备方法性能对比
4.6本章小结
第5章 中试
5.1前言
5.2贮存性能
5.3合成过程的耗氧量
5.4喷雾干燥工艺中试
5.5本章小结
结论
参考文献
附录A中试生产成预算

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