本文主要研究内容
作者贺晓书（2019）在《层状正极材料锂镍钴铝氧化物的制备与包覆改性研究》一文中研究指出：随着电动工具、电动汽车（EVs）和智能电网等新兴事物的涌现和发展,高能量密度、高功率密度和长循环寿命的锂离子电池的发展需求变得越来越迫切。正极材料是决定锂离子电池性能和成本的最关键因素,因而是电池材料体系的研究重点。富镍层状材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）具有较低的成本和优异的电化学性能,是一种优选的锂离子电池正极材料。然而NCA材料有一个显著的缺点,即在高温（≥50℃）循环过程中的容量衰减很严重,这制约着其在锂离子电池领域的大规模应用。NCA材料在脱锂时生成的Ni4+会与电解液之间发生副反应,并且该副反应随测试温度的提高而愈加剧烈,与此同时导致材料性能的严重衰减,甚至可能引起电池的安全隐患问题。为此,研究者们通常采用表面包覆以避免NCA材料和电解液之间的直接接触来解决这一问题。早期,研究者们大多选用氟化物、氧化物、磷酸盐等包覆物质,然而以上包覆物多为离子绝缘体或/和电子绝缘体,这会导致电池的极化增大并由此降低正极材料的容量和倍率性能。本文中,采用共沉淀法制备出了高性能的NCA正极材料,并采用电子导体和/或锂离子导体对NCA材料进行表面包覆,显著提高了材料的循环性能,尤其是高温循环性能,同时还显著提高了材料的容量和倍率性能。采用共沉淀法制备出球形的Ni0.8Co0.15Al0.05（OH）2前驱体,并研究了高温固相反应条件对合成NCA材料的晶体结构和电化学性能的影响。XRD结果表明:焙烧的温度和时间决定着材料层状结构的完整性和有序性。结合电化学性能得到,NCA材料的循环性能随锂镍混排程度的降低而升高,其好的倍率性能则取决于材料同时具有高的晶胞参数c值和低的锂镍混排程度。采用快锂离子导体Li2TiO3包覆NCA正极材料（LTO-NCA）,研究了纳米颗粒包覆法与传统的同步锂化法对制备LTO-NCA材料的晶体结构、表面锂残留和电化学性能的影响。结合XRD及其精修、XPS、SEM-EDS、TEM的表征结果,得到同步锂化法使NCA体相结构发生钛掺杂,并因此增加了锂镍混排率和表面锂残留量。因而同步锂化法合成的LTO-NCA材料的电化学性能较NCA材料差。利用同样的表征方法得到,采用纳米颗粒包覆法制备LTO-NCA材料不引起NCA体相结构的变化,因而Li2TiO3包覆使材料的倍率及循环性能得到显著改善,尤其是高温循环性能。采用电子导电氧化物锑掺杂二氧化锡（ATO）对NCA材料进行表面包覆,研究了ATO包覆量对NCA材料的晶体结构和电化学性能的影响。结果表明,ATO包覆能显著提高NCA材料的电子导电性,并且不引起NCA体相结构的变化,包覆量为0.5 wt%的材料表现出最佳的倍率性能及循环性能。0.5 wt%ATO-NCA材料在5 C倍率下的容量较NCA材料高10 mAh·g-1,并在60℃下以1 C倍率充放电循环200次后的容量保持率比NCA材料高20.81%。高温循环后极片的表征结果表明,ATO包覆能够抑制电极表面SEI膜的增厚和NCA体相材料的结构衰减。在此基础之上,本文又制备了ATO&Li2TiO3复合包覆NCA材料,以同时改善材料表面的离子导电性和电子导电性。结果得到该复合包覆使NCA材料的容量和倍率性能得到了更大程度的提高,5 C倍率下的容量高达167 mAh·g-1。采用石墨烯纳米点（GNDs）和还原氧化石墨烯（RGO）对NCA材料进行表面修饰,研究两种表面修饰的NCA材料的电子导电性、离子导电和电化学性能的影响。结果表明:GNDs和RGO修饰对NCA材料的电子导电性的改善优于ATO包覆,但是RGO修饰严重障碍NCA材料表面的锂离子传输并导致了容量下降,采用GNDs修饰可有效解决这一问题。0.5 wt%GNDs修饰的NCA材料的离子导电性接近于NCA材料,并且其电子电导率为NCA材料的5倍,因而倍率性能得到显著改善,并优于ATO包覆和ATO&Li2TiO3复合包覆的改善效果,在5 C倍率下,容量提高了22 mAh·g-1。
Abstract
sui zhao dian dong gong ju 、dian dong qi che （EVs）he zhi neng dian wang deng xin xing shi wu de chong xian he fa zhan ,gao neng liang mi du 、gao gong lv mi du he chang xun huan shou ming de li li zi dian chi de fa zhan xu qiu bian de yue lai yue pai qie 。zheng ji cai liao shi jue ding li li zi dian chi xing neng he cheng ben de zui guan jian yin su ,yin er shi dian chi cai liao ti ji de yan jiu chong dian 。fu nie ceng zhuang cai liao LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）ju you jiao di de cheng ben he you yi de dian hua xue xing neng ,shi yi chong you shua de li li zi dian chi zheng ji cai liao 。ran er NCAcai liao you yi ge xian zhe de que dian ,ji zai gao wen （≥50℃）xun huan guo cheng zhong de rong liang cui jian hen yan chong ,zhe zhi yao zhao ji zai li li zi dian chi ling yu de da gui mo ying yong 。NCAcai liao zai tuo li shi sheng cheng de Ni4+hui yu dian jie ye zhi jian fa sheng fu fan ying ,bing ju gai fu fan ying sui ce shi wen du de di gao er yu jia ju lie ,yu ci tong shi dao zhi cai liao xing neng de yan chong cui jian ,shen zhi ke neng yin qi dian chi de an quan yin huan wen ti 。wei ci ,yan jiu zhe men tong chang cai yong biao mian bao fu yi bi mian NCAcai liao he dian jie ye zhi jian de zhi jie jie chu lai jie jue zhe yi wen ti 。zao ji ,yan jiu zhe men da duo shua yong fu hua wu 、yang hua wu 、lin suan yan deng bao fu wu zhi ,ran er yi shang bao fu wu duo wei li zi jue yuan ti huo /he dian zi jue yuan ti ,zhe hui dao zhi dian chi de ji hua zeng da bing you ci jiang di zheng ji cai liao de rong liang he bei lv xing neng 。ben wen zhong ,cai yong gong chen dian fa zhi bei chu le gao xing neng de NCAzheng ji cai liao ,bing cai yong dian zi dao ti he /huo li li zi dao ti dui NCAcai liao jin hang biao mian bao fu ,xian zhe di gao le cai liao de xun huan xing neng ,you ji shi gao wen xun huan xing neng ,tong shi hai xian zhe di gao le cai liao de rong liang he bei lv xing neng 。cai yong gong chen dian fa zhi bei chu qiu xing de Ni0.8Co0.15Al0.05（OH）2qian qu ti ,bing yan jiu le gao wen gu xiang fan ying tiao jian dui ge cheng NCAcai liao de jing ti jie gou he dian hua xue xing neng de ying xiang 。XRDjie guo biao ming :bei shao de wen du he shi jian jue ding zhao cai liao ceng zhuang jie gou de wan zheng xing he you xu xing 。jie ge dian hua xue xing neng de dao ,NCAcai liao de xun huan xing neng sui li nie hun pai cheng du de jiang di er sheng gao ,ji hao de bei lv xing neng ze qu jue yu cai liao tong shi ju you gao de jing bao can shu czhi he di de li nie hun pai cheng du 。cai yong kuai li li zi dao ti Li2TiO3bao fu NCAzheng ji cai liao （LTO-NCA）,yan jiu le na mi ke li bao fu fa yu chuan tong de tong bu li hua fa dui zhi bei LTO-NCAcai liao de jing ti jie gou 、biao mian li can liu he dian hua xue xing neng de ying xiang 。jie ge XRDji ji jing xiu 、XPS、SEM-EDS、TEMde biao zheng jie guo ,de dao tong bu li hua fa shi NCAti xiang jie gou fa sheng tai can za ,bing yin ci zeng jia le li nie hun pai lv he biao mian li can liu liang 。yin er tong bu li hua fa ge cheng de LTO-NCAcai liao de dian hua xue xing neng jiao NCAcai liao cha 。li yong tong yang de biao zheng fang fa de dao ,cai yong na mi ke li bao fu fa zhi bei LTO-NCAcai liao bu yin qi NCAti xiang jie gou de bian hua ,yin er Li2TiO3bao fu shi cai liao de bei lv ji xun huan xing neng de dao xian zhe gai shan ,you ji shi gao wen xun huan xing neng 。cai yong dian zi dao dian yang hua wu ti can za er yang hua xi （ATO）dui NCAcai liao jin hang biao mian bao fu ,yan jiu le ATObao fu liang dui NCAcai liao de jing ti jie gou he dian hua xue xing neng de ying xiang 。jie guo biao ming ,ATObao fu neng xian zhe di gao NCAcai liao de dian zi dao dian xing ,bing ju bu yin qi NCAti xiang jie gou de bian hua ,bao fu liang wei 0.5 wt%de cai liao biao xian chu zui jia de bei lv xing neng ji xun huan xing neng 。0.5 wt%ATO-NCAcai liao zai 5 Cbei lv xia de rong liang jiao NCAcai liao gao 10 mAh·g-1,bing zai 60℃xia yi 1 Cbei lv chong fang dian xun huan 200ci hou de rong liang bao chi lv bi NCAcai liao gao 20.81%。gao wen xun huan hou ji pian de biao zheng jie guo biao ming ,ATObao fu neng gou yi zhi dian ji biao mian SEImo de zeng hou he NCAti xiang cai liao de jie gou cui jian 。zai ci ji chu zhi shang ,ben wen you zhi bei le ATO&Li2TiO3fu ge bao fu NCAcai liao ,yi tong shi gai shan cai liao biao mian de li zi dao dian xing he dian zi dao dian xing 。jie guo de dao gai fu ge bao fu shi NCAcai liao de rong liang he bei lv xing neng de dao le geng da cheng du de di gao ,5 Cbei lv xia de rong liang gao da 167 mAh·g-1。cai yong dan mo xi na mi dian （GNDs）he hai yuan yang hua dan mo xi （RGO）dui NCAcai liao jin hang biao mian xiu shi ,yan jiu liang chong biao mian xiu shi de NCAcai liao de dian zi dao dian xing 、li zi dao dian he dian hua xue xing neng de ying xiang 。jie guo biao ming :GNDshe RGOxiu shi dui NCAcai liao de dian zi dao dian xing de gai shan you yu ATObao fu ,dan shi RGOxiu shi yan chong zhang ai NCAcai liao biao mian de li li zi chuan shu bing dao zhi le rong liang xia jiang ,cai yong GNDsxiu shi ke you xiao jie jue zhe yi wen ti 。0.5 wt%GNDsxiu shi de NCAcai liao de li zi dao dian xing jie jin yu NCAcai liao ,bing ju ji dian zi dian dao lv wei NCAcai liao de 5bei ,yin er bei lv xing neng de dao xian zhe gai shan ,bing you yu ATObao fu he ATO&Li2TiO3fu ge bao fu de gai shan xiao guo ,zai 5 Cbei lv xia ,rong liang di gao le 22 mAh·g-1。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自哈尔滨工业大学的贺晓书，发表于刊物哈尔滨工业大学2019-12-07论文，是一篇关于锂离子电池论文,富镍层状正极材料论文,电子或论文,和离子导电性论文,表面包覆论文,倍率性能论文,高温循环性能论文,哈尔滨工业大学2019-12-07论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自哈尔滨工业大学2019-12-07论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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