锂离子二次电池正负极材料的制备及电化学性能研究

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论文采用了新型的正极材料合成方法制备了LiCoxNi1-xO2材料,该方法以钴镍合金为出发点,通过电解合金得到CoxNi1-x(OH)2(x=0.2,0.5,0.8),然后以此电解产物作为前驱物经固相反应后得到正极材料LiCoxNi1-xO2(x=0.2,0.5,0.8)。研究表明材料的电化学性能随着材料中Ni含量的增加而提高。在氧气气氛中制备的材料相比在空气中制备的材料具有更高的充放电容量和更好的循环性能。 论文进一步采用电解法从NiCoMn合金出发制备了LiCoxNiyMn1-x-yO2正极材料,材料中三种金属元素得到了均匀分散混和,产物粒度较小,形貌规整。材料的晶胞参数和各元素价态随材料中各金属元素比例不同而发生相应变化。随着Co含量的增加,材料的比容量、充放电可逆性和循环性能逐渐增强。其中LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2材料综合性能最好,具有较高的放电容量和循环性能,能够承受较高的充放电电流和过充电压,热稳定性较好,具有很好的应用前景。 论文采用溶胶凝胶法制备了LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正极材料,并研究了不同掺杂量的Y元素对于LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2材料结构和性能的影响。研究发现当掺杂量>1%后Y元素不能很好的融入材料的晶格之中。电化学性能测试结果表明少量Y元素的掺杂(1%-3%)可以明显改善LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2材料的循环性能。 论文还研究了CoO填充多壁碳纳米管复合材料的储锂性能。通过湿化学法实现了多壁碳纳米管的纯化、开管和填充。TEM和XRD测试显示碳纳米管被不连续CoO纳米颗粒填充。电化学性能研究中发现,CoO的填充显著改善了多壁碳纳米管的锂离子嵌入/脱出性能,改善了电压滞后现象,提高了材料的比容量并具有良好的循环稳定性。研究表明高活性纳米氧化物颗粒填充于碳纳米管后形成的复合材料可以综合两者的优势,有效的实现了碳纳米管的改性。 论文对锂离子二次电池正极材料失效机理进行了研究。研究表明正极材料在充放电循环中的性能衰减是多种原因综合作用的结果,主要原因为结构的形变和元素价态的改变,同时也与材料表面状态等因素有关。此外论文对锂离子二次电池正极边角料回收提出了有效地解决方法,使正极活性物质得到重新利用,对于降低电池成本,减轻环境污染都具有十分重要的意义。
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