高容量Li-Ni-Co-Mn氧化物正极材料的合成及其动力学研究
文献类型：期刊论文
| 作者 | 张贤惠 |
| 刊名 | 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
 |
| 出版日期 | 2017 |
| 页码 | 136 |
| 关键词 | 动力学 高容量 层状结构 正极材料 锂离子电池 |
| 产权排序 | 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) |
| 英文摘要 | 电动车、智能电网等储能领域的高速发展,迫切需要高能量密度的锂离子电池。作为极具潜力的正极材料之一,LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2因为容量高,倍率性能好,热稳定性能优异,而且合成工艺简单,成本较低,经过近20年的发展,目前已经进入产业化阶段。然而,该材料涉及的一些基础科学问题仍未能彻底阐明。本论文针对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料氧空位缺陷与性能之间的关系,颗粒孔隙结构与锂离子迁移行为之间的关系以及4.8 V高压下的动力学机理三方面的问题,进行了深入的研究,并在深入理解LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2结构、动力学机理及高电压性质的基础上,以该材料前驱体Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)(OH)_2为原料进行了高容量多锂材料Li_4(Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2)_2O_5的合成探索。本论文完成的主要工作如下:(1)通过改变制备过程中的参数,得到具有不同氧空位含量的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2样品,并研究了氧空位缺陷与电化学性能之间的关系。纯氧下合成的样品具有最少的氧空位缺陷及Ni/Li混排比例,电化学性能最优,极化最小。然而,氧空位缺陷比例最高的样品,在4.6 V电压下,倍率越高,其放电比容量越接近纯氧样品。(2)通过改变前驱体造粒方式,得到两种不同孔隙结构的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料,并分析孔隙结构对Li~+脱嵌方式和路径的影响。结果表明,一次颗粒有序堆积并形成均匀微孔的材料更有利于形成有效的导电网络,其锂离子以直线路径迁移的比例更高。而无序孔隙结构的样品,其锂离子迁移更多地以曲线路径进行。(3)对4.8 V高电压下Li Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的结构演变及其锂离子脱嵌动力学进行了分析研究。所合成的材料在4.8 V的高截止电压下不发生H3相变,为本征电化学动力学行为的研究提供了高品质样品。通过对厚、薄极片的循环伏安曲线分析,发现该材料在高电压下的锂离子扩散不是由固相扩散控制,而是更趋近于薄层电极模型,因此,其不同电位和电化学过程中,锂离子扩散系数都高于文献报道的常规层状材料。(4)分别采用固相法和溶胶凝胶法进行Li_4M_2O_5(M=Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))多锂材料的合成探索。通过TG热重分析,发现空气气氛下的合成反应比氩气气氛的更接近目标产物的真实反应过程。空气气氛下,无论是低温620℃/72h、高温900℃/40h的固相法还是溶胶凝胶法合成,所得样品的XRD图谱和充放电曲线都与LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2和富锂材料相近。可见,常规的实验条件下,层状Li-Ni-Co-Mn氧化物材料的合成势垒低,结构非常稳定,即使加入2倍的锂源,反应过程中依然优先合成层状相,多余的锂无法持续进入晶格形成其它新型结构。通过本论文的研究,阐明了LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料中氧空位缺陷浓度以及电化学性能之间的关系,一次颗粒堆积方式对锂离子迁移动力学的影响以及高电压下结构动力学和电化学动力学的机理,有利于5 V电化学体系正极材料的发展。此外,对Li_4M_2O_5(M=Ni_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3))多锂材料的合成探索扩展了LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2材料的研究经验和成果,为新型高容量锂离子电池正极材料的研究开发提供了借鉴和参考。 |
| 公开日期 | 2018-12-04 |
| 源URL | [http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/16698]  |
| 专题 | 2017专题 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张贤惠. 高容量Li-Ni-Co-Mn氧化物正极材料的合成及其动力学研究[J]. 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),2017:136. |
| APA | 张贤惠.(2017).高容量Li-Ni-Co-Mn氧化物正极材料的合成及其动力学研究.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),136. |
| MLA | 张贤惠."高容量Li-Ni-Co-Mn氧化物正极材料的合成及其动力学研究".中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) (2017):136. |
入库方式： OAI收割
来源：宁波材料技术与工程研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。