bck

收藏本站

层状锂镍钴铝氧正极材料的制备及性能研究

【摘要】:锂镍钴铝氧(LiNi0.80Co0.15Al0.05O2)正极材料,简称NCA。具有高的放电比容量,良好的循环性能,目前被广泛应用于高比能量锂离子动力电池,具有广阔的发展前景。但是NCA正极材料也存在制备条件比较苛刻,循环性能不够优越,倍率性能差,碱性大导致加工性能和存储性能差等缺陷。因此,本文主要研究了共沉淀法、溶胶凝胶法、固相法等技术制备NCA正极材料,尤其是适合于大规模产业化的固相反应法。重点分析了烧结过程中烧结机理和固溶体形成机理,通过盘式砂磨将原材料纳米化提高比表面积,增大机械活化,解决了Ni2+氧化为Ni3+困难的关键问题,对大规模产业化具有十分重要的应用意义。首先讨论了共沉淀法制备NCA正极材料工艺中,Al3+对样品性能的影响。分别制备(Ni0.842Co0.158)(OH)2和(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2前驱体,对比Al3+在配锂时加入和共沉淀时加入对产品性能的影响。结果表明0.5C倍率下,(Ni0.8Co0.15Al0.05)(OH)2为前驱体的样品首次放电容量为147 mAh/g,充放电效率70.9%,90次循环容量基本没损失。而以(Ni0.842CO0.158)(OH)2为前驱体的样品首次放电容量167.52 mAh/g,充放电效率77.2%,80次循环后容量下降至112.5 mAh/g,说明后期加入的Al3+不能完全进入晶格中,充放电过程中NCA晶体相变严重,循环性能急剧下降。溶胶凝胶法可以解决元素分布不均匀的问题。本文研究了溶胶凝胶法制备NCA正极材料,优化了合成条件。结果表明800℃烧结24h具有最佳的电化学性能,0.2C倍率下首次放电比容量168.8 mAh/g,30次循环后容量保持率97.9%。1C倍率下,首次放电比容量149.4 mAh/g,50次循环后容量保持率为88.7%。分析了有机溶剂对溶胶凝胶法制备NCA正极材料性能影响,由于有机溶剂极性大、粘度大、挥发度高,可以减缓颗粒的长大,抑制Al(OH)3的快速沉淀。结果表明采用有机溶剂合成的NCA正极材料形成了较多的八面体单晶结构。八面体结构增大了Li+的脱嵌距离,造成放电比容量出现一定的下降。但是较多的单晶结构有利于循环性能的提高。以乙醇为溶剂制备的NCA具有最佳的电化学性能,0.2C倍率下,首次放电比容量169.73 mAh/g;1C倍率下,首次放电容量为157.12mAh/g,50次循环后容量保持率为94.4%,高于以水为溶剂制备的样品。说明在高倍率下,单晶颗粒有利于Li+的快速脱嵌。共沉淀法工艺较复杂,溶胶凝胶法浪费大量的有机物,产生较多的C02,都不适合大规模工业化生产。固相反应工艺简单,研究固相反应制备NCA正极材料具有重要实际意义。采用Ni(OH)2、Co3O4、Al2O3或Al(NO3)3为原料固相反应制备NCA正极材料。分析了Li2CO3和LiOH作为锂源、烧结温度、烧结时间对产品结构和电化学性能的影响。结果表明,NCA正极材料在固相反应时不宜采用Li2CO3为锂源,适宜采用LiOH。最佳烧结温度为预处理温度540℃,预处理时间12h;烧结温度720℃,烧结时间26h。0.2C倍率下,首次放电比容量达到184.5mAh/g,首次充放电效率86.6%。1C倍率下,首次放电质量比容量159.9mAh/g,50次循环后容量保持率为96%。根据Tammann公式:x=Klnt+C,利用纳米砂磨机将原材料研磨至纳米级别,由于颗粒的比表面积急剧增大,表面活性增大,同等烧结条件下,烧结强度增大,解决了固相反应中Ni2+的混排的关键问题。同时也提高了镍钻铝各元素的混合均匀度。电化学性能显示最优条件下,0.2C首次放电比容量187.5mAh/g,首次库伦效率86.8%; 1C首次放电质量比容量159.5 mAh/g,100次循环后放电比容量容量仍然达到137.3mAh/g,容量保持率92.6%。探索LiNi0.80Co0.15Al0.05O2正极材料在固相反应制备过程中,各元素的固溶体情况,对烧结激活能和固溶机理进行了分析。结果表明当烧结材料为Ni(OH)2、Co3O4和Al2l_3时,比热容变化最大温度为288℃,激活能为31.83KJ/mol。烧结的结构变化主要是立方结构,其中300-500℃之间为过渡相。C0304分解反应不完全,与Ni3+形成连续固溶体;Al3+替换Ni2+固溶,导致O2-的填隙,形成填隙型缺陷固溶体。当烧结原材料为Ni(OH)2、Co3O4、 A12O3和LiOH,比热容变换最大温度区间为98℃和425℃,反应的激活能124.60 KJ/mol。样品的结构从六方相-立方相混合相-六方混合相-六方相。当配锂后的原材料纳米化后,反应的比容热变化最大温度为89℃和234℃,激活能43.33 KJ/mol。说明纳米化后,烧结的激活能下降,烧结更容易进行。锂离子的固溶形式为烧结初期,Li+替换Ni2+固溶,形成氧空位;烧结后期Li、O_2-同时填隙进入晶格中,形成填隙型缺陷固溶,因此烧结后期需要更多的氧气气氛。最后研究了包覆改性提高NCA正极材料的循环稳定性。采用溶胶凝胶法研究了CeO2和玻璃固体电解质LiBO2包覆改性对样品循环稳定性的研究。结果表明,包覆0.02%(摩尔比)CeO2的样品具有最佳的电化学性能,0.2C倍率下,首次放电比容量172.36 mAh/g,100次循环后容量保持率85.96%,高于未包覆样品的78.22%。CeO2包覆后可以抑制NCA正极与空气中水分,S和CO2等反应,抑制了表面Ni2+的生成。玻璃固态电解质LiBO2且有耐高温、耐酸碱腐蚀、耐磨等性能,同时又具有热绝缘和电绝缘等性能。作为Li+导体,可以减少SEI形成时Li+的损失。结果表明1%(质量比)LiBO2包覆的样品首次放电比容量172.1 mAh/g,低于未包覆样品的180.2 mAh/g。0.5C倍率下,70次循环,容量保持率80%。LiBO2增大了颗粒之间的链接,降低颗粒间的内阻,同时由于离子电导率的提高,因此提高了循环性能。

下载App查看全文

(如何获取全文? 欢迎:、、)

支持CAJ、PDF文件格式


【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 杜彦良;;智能性材料结构特性及其应用[J];石家庄铁道学院学报;1992年01期
2 田振华;;休斯公司的新材料结构[J];航空兵器;1993年01期
3 罗阳军;王彦飞;岳珠峰;;双材料结构非概率可靠性拓扑优化设计[J];机械工程学报;2011年19期
4 牛晓明;工程分析中的材料选择方法[J];光学精密工程;1997年06期
5 白冰;纸桶材料结构及工艺用料节省原则[J];中国包装;2002年04期
6 姜作义;;混杂材料技术及其开发[J];航空材料;1984年05期
7 ;工艺·材料[J];工程机械文摘;2007年05期
8 文桂林;陈永红;鲍霞;;从材料化学课程看科研、生产与教学的关系[J];滁州学院学报;2010年05期
9 袁润章 ,傅正义;材料的反应合成与加工[J];国外建材科技;1995年01期
10 ;材料技术的发展趋势[J];汽车工艺与材料;2001年10期
11 金序兰;;我院高能材料结构与性能关系的研究取得重大成果[J];南京理工大学学报(自然科学版);1990年02期
12 杨平;欧洲材料科技发展的最新趋势[J];新材料产业;2001年02期
13 马宏林;欧洲面临的航天材料问题[J];航天返回与遥感;1995年03期
14 J.R.Stetson;闽碧;向华;;碳-碳鼻锥材料的评价[J];国外导弹技术;1980年S1期
15 刘宝良;毕贤顺;孙立红;;双材料结构无弹性错配时SIF分析[J];黑龙江科技学院学报;2006年03期
16 王泽温;熊兵;张李冲;罗毅;;基于铝诱导结晶的多晶硅薄膜材料结构优化[J];中国科学(E辑:技术科学);2009年06期
17 冯瑞华;;美国主要政府机构的材料研究概况[J];新材料产业;2006年11期
18 张德文;王建民;;虚材料结构的试验模态处理(Ⅰ)——广义伽略金法[J];强度与环境;2009年05期
19 Leeble;Anne Boenisch;;探索材料的极限[J];设计;2012年09期
20 郑怡艳;郑铁宏;;材料的研究在艺术思维中的作用[J];包装世界;2008年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 詹武;;论材料的强化[A];中国电子学会生产技术分会第五届金属材料及热处理年会论文集(一)[C];1994年
2 徐叶新;陈翠仙;杨丽彬;孙本惠;李继定;;聚酰亚胺渗透汽化膜材料结构对溶胀特性的影响[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
3 卫振海;王梦恕;张顶立;;材料结构全状态函数本构关系模型研究[A];第21届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2012年
4 高力明;;计算材料学与材料结构的层次[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2003年学术年会论文集[C];2003年
5 曲传咏;秦庆华;;力-电-磁场作用下均匀骨质材料结构的演化[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
6 魏建萍;苏先樾;;中级晶体类材料结构中磁电弹性波的传播和能量输送规律[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
7 金喆民;秦培勇;陈翠仙;李继定;;交联聚乙烯醇膜材料结构与性能的相关性(Ⅰ)交联膜的红外分析[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年
8 周冬梅;;炭石墨材料质量影响因素探讨[A];第19届炭—石墨材料学术会论文集[C];2004年
9 汪涵;林强;韩永生;李静海;;反应-传递对材料生长和组装过程及结构的调控作用研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会:纳米材料合成与组装[C];2014年
10 苏文政;刘书田;;基于偶应力理论的格栅材料等效介质模型[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭阳;非自然机械性能材料结构的复杂网络模拟与设计方法研究[D];山东大学;2015年
2 肖称茂;锂离子电池负极材料多孔Si和Ge基材料的合成、表征及应用[D];浙江大学;2015年
3 杜江勇;锂离子电池富锂三元正极材料的研究[D];天津大学;2015年
4 黄威;锂(钠)离子电池层状氧化物正极材料的电子显微学表征[D];浙江大学;2016年
5 夏书标;层状锂镍钴铝氧正极材料的制备及性能研究[D];昆明理工大学;2015年
6 张金咏;自蔓延燃烧合成的非平衡动力学及其对材料结构的影响[D];武汉理工大学;2002年
7 孙春义;多孔金属氧簇晶态材料:合成与生物医药、传感、照明和光催化特性研究[D];东北师范大学;2015年
8 任莉;理想材料零件的结构优化设计[D];大连理工大学;2008年
9 牛斌;基于结构和材料一体化的多尺度动力优化设计[D];大连理工大学;2010年
10 杨圣军;层间模板法制备柱撑蒙脱石材料及其结构与性能的研究[D];苏州大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张琹;基于材料特性的儿童坐具设计研究[D];燕山大学;2015年
2 夏云飞;层状三元材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的烧结工艺及其Al离子掺杂改性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 徐文;幼儿园科学区活动材料的现状研究[D];福建师范大学;2015年
4 李海燕;尖晶石镍锰酸锂材料的氟化及性能研究[D];上海应用技术学院;2015年
5 桑楠楠;共价有机聚合物材料荧光传感性能研究[D];北京化工大学;2015年
6 杜妍;新型人工电磁防护材料的研究与应用[D];电子科技大学;2014年
7 周艺伟;锂硫电池正极材料的制备及其性能研究[D];北京理工大学;2015年
8 谈静;基于3D打印材料局限性的个性化设计研究[D];武汉纺织大学;2015年
9 王雪华;锂离子电池高能量密度镍—锰基尖晶石型正极材料的研究[D];济南大学;2015年
10 卫友亮;磷酸盐正极材料的包覆及电池性能研究[D];合肥工业大学;2015年
中国重要报纸全文数据库 前7条
1 孟晶;[N];中国化工报;2008年
2 曾志 广东海事局宣传处;[N];中国人事报;2009年
3 郭海宇 高建敏;[N];科技日报;2009年
4 ;[N];中国有色金属报;2002年
5 王竞;[N];中国高新技术产业导报;2003年
6 记者:向杰;[N];科技日报;2006年
7 本报记者 焦旭;[N];中国能源报;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978


{bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育app}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bckbet}|
{uc8}| {uc8体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐城}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {UC体育}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}|