富锂正极材料Li2MnO3-LiMO2(M=Ni,Mn)的熔盐法合成及改性研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gordontang530
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
目前商业化锂离子电池正极材料的实际可用比容量在150 mAh/g左右,远小于负极的比容量(300 mAh/g以上),因此,正极材料是制约锂离子电池的关键因素。富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Co,Ni0.5Mn0.5)在充放电循环过程中表现出较高的可逆容量和循环稳定性而受到广泛的关注,但是该材料具有倍率性能差和随充放电过程发生相变(由层状结构向尖晶石结构转变)的缺点。为了克服材料的缺点,研究者在合成方法上做了很大的努力,通过控制材料的形貌,得到纳米级别的颗粒,缩短锂离子的迁移路径,或者对材料进行改性处理,从而改善材料的性能。本文中,通过熔盐法合成纳米富锂锰基正极材料,并对用共沉淀法合成的材料进行氮化处理进而提高材料的电化学性能。  首先,本文以LiCH3COO为锂源,采用化学计量比的低熔点原料,在80℃水浴条件下熔融混合,在200℃预处理,经过高温煅烧后得到了层状富锂材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2,避免了洗涤干燥过程,简化了合成工艺。通过对不同煅烧温度和煅烧时间的比较,探索出了最佳合成条件。800℃煅烧10h的材料分散均匀,其粒径在50-100 nm,晶格完整,比表面积大,活性高,具有最优的电化学性能。0.2 C时首次放电容量达到了261.5 mAh/g,且不可逆比容量最低位74.8 mAh/g。在1 C(200 mAh/g)倍率下,首次放电容量为185 mAh/g,循环50次后的放电容量为174 mAh/g,容量保持率为94%。在5C高倍率下的放电容量为146 mAh/g。通过对熔盐法和共沉淀法合成的富锂材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2的电化学性能比较进一步表明用熔盐法合成的纳米材料具有较好的循环稳定性和倍率性能。  其次,为了进一步提高锂离子电池正极材料的结构稳定性,获得更高的容量和更长的循环寿命,对正极材料进行了改性研究。本文采用碳酸盐共沉淀法合成富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2,于400℃通入NH3对材料进行不同时间的氮化,探究了不同氮化深度的影响,确定了最佳氮化时间为3h。通过XRD、SEM、XPS、Raman、EIS和电池测试仪等分析测试手段,对材料的结构、形貌、表面元素价态、阻抗和充放电容量进行分析。经XRD分析,氮化后,材料的晶体结构没有发生明显的变化。通过SEM和TEM对材料的形貌进行观察,氮化前后,材料的形貌也没有明显的变化,但EDX测试结果表明,氮化6h后的材料,表面有明显的氮元素存在。XPS的分析结果,进一步证实,氮化后,材料表面确实有氮元素的存在。氮化3h后得到的材料,以0.2 C循环,50次后放电容量为214mAh/g,容量保持率为94%。氮化后的材料,在5C高倍率下放电比容量明显提高,达到140 mAh/g。循环后的XRD测试结果表明氮化可以提高富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2在循环过程中的稳定性,抑制在循环过程中对材料结构的破坏。但对氮化前后的材料进行60℃的高温性能研究,氮化并不能提高材料的高温循环稳定性。EIS测试结果表明氮化后的材料随着电位的降低,SEI膜阻抗表现出逐渐增大的明显变化,而且增大趋势随着氮化时间的延长越来越明显。这可能是因为在材料表面形成的C-N+氮化层参与了电化学反应。
其他文献
传统工艺美术是中国传统文化的重要组成部分,历史源远流长。然而,随着科学技术的发展和人们审美的变化,将传统工艺美术和现代设计相结合是大势所趋。本文主要分析了传统工艺
经济全球化是当今时代发展的大趋势,世界上大多数国家已不同程度地参与全球化。中国自1999年11月与美国签定《关于中国加入世界贸易组织的协定》起,已加快了融人全球化的步
泰国人妖大多是一些贫苦人家的男孩,从小就被送去学习歌舞表演,由于不断地服用或者注射含雌性激素的药物,结果身体发育向女性化发展。一旦学成登台即可挣钱改善家里的经济状
该文着重研究了如何用更简单经济的方法是得到尽可能小的八面沸石晶粒,合成了近于晶化导向剂法量小极的89A八面沸石分子筛及具有通常硅铝比的400A Y型沸石分子筛.就成胶和晶
在这久远的历史长河里,岁月改变了人的容颜和内心。在北部湾这块热土上,坭兴陶制作工艺的传承却从未间断流失。传承一份工艺,更是传承民族的文化和精神。在钦州这座古老的城
学位
学位
本文通过对荣华二采区10
期刊
一  两年多前,我在《上海摄影》杂志的“浙江摄影新力量”专题前言里就感叹过:“在提携、梳理、推广中国当代摄影新力量方面,无论是观念思维还是专业程度,浙江都远远走在了全国同行的前列。”  此言不虚,TOP20中国当代摄影新锐展,浙江省视觉艺术青年人才培养新峰计划,浙江当代摄影新锐展,浙江纪实摄影大展,浙江摄影大讲堂以及其他名目繁多的工作坊和中青年摄影人才研修班,组织摄影师到上海、连州、北京等地观摩学