锂二次电池正极材料镍钴酸锂的制备及包覆工艺研究

摘要

LiNiO2具有比容量高、成本低、污染小和自放电率低等优点，被公认为是取代锂离子二次电池商品化正极材料LiCoO2的新型功能材料。但其循环性能差且难于合成。研究表明，通过掺杂改性可以改善其电化学性能。其中LiNi0.8Co0.2O2具有最好的综合性能，但其循环性能还有待提高。
　　本课题的目的是借鉴已有的LiNi0.8Co0.2O2的研究成果，找出影响其电化学性能的主要因素，寻求一种优化的工艺对其进行包覆，制备可以满足电池需要的性价比较优的正极材料。
　　本文采用液相共沉淀法合成出共沉淀前驱体Ni0.8Co0.2(OH)2，结合高温烧结法制备了锂离子二次电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2。在此基础上，尝试对材料进行包覆。通过XRD分析了产物的结构；SEM观察了材料的表面形貌；恒流充放电测试研究了材料的比容量和循环性能。分析了不同包覆材料及不同包覆量对材料结构和电化学性能的影响，总结出优化的合成工艺及物料配比，初步探讨了包覆型LiNi0.8Co0.2O2的结构和性能关系。
　　研究发现，与LiNi0.8Co0.2O2材料相比，MgO、Al2O3和LiCoO2包覆的LiNi0.8Co0.2O2材料都具有更好的循环性能。同类材料中，MgO、Al2O3包覆量为3％[n(MxOy)∶n(Ni+Co)]的LiNi0.8Co0.2O2材料都显示出最好的循环性能。MgO包覆量为3%的LiNi0.8Co0.2O2材料首次放电比容量高达194.25mAh·g-1，经60次充放电循环比容量保持率达97.93%。Al2O3包覆量为3%的LiNi0.8Co0.2O2材料首次放电比容量高达196.25mAh·g-1，经60次充放电循环比容量保持率达98.32%。LiCoO2包覆的LiNi0.8Co0.2O2材料的结构和循环性能都得到改善；其中包覆量为10%[n(LiCoO2)∶n(Ni+Co)]的材料循环性能最优良：首次放电比容量达到191.43mAh·g-1，并且100次循环比容量保持率达到99.34%。
　　本文的研究结果表明，包覆是改善锂离子二次电池正极材料综合性能的有效途径，具有一定的实用价值。

目录

锂二次电池正极材料镍钴酸锂的制备及包覆工艺研究

REASEARCH ON PREPARATION AND COATING CRAFT OF LITHIUM NICKEL COBALT OXIDES FOR LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的来源及研究目的

1.2 国内外相关研究现状及分析

1.2.1 锂离子二次电池的概念及电化学反应原理

1.2.2 锂离子二次电池的研究现状

1.2.3 锂离子二次电池的负极材料

1.2.4 锂离子二次电池的正极材料

1.3 主要研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料与设备

2.1.1 主要药品

2.1.2 实验仪器设备

2.2 实验方法

2.2.1 共沉淀法工艺过程

2.2.2 共沉淀法合成Ni0.8Co0.2(OH)2前驱体

2.2.3 正极材料的制备

2.2.4 电池正极的制备和扣式电池的组装

2.3 正极材料的结构和性能测试

2.3.1 等离子体发射光谱(ICP)分析测定元素含量

2.3.2 X射线衍射分析

2.3.3 扫描电镜分析

2.3.4 充放电和循环性能测试

2.3.5 循环伏安测试

第3章 LiNi0.8Co0.2O2的制备工艺和结构性能

3.1 材料的制备工艺对材料性能的影响

3.1.1 前驱体的合成条件对其性能的影响

3.1.2 LiNi0.8Co0.2O2的合成条件对其性能的影响

3.2 LiNi0.8Co0.2O2的结构和性能

3.2.1 材料的ICP分析

3.2.2 材料的XRD分析

3.2.3 材料的SEM分析

3.2.4 材料的充放电测试

3.3 本章小结

第4章 MgO和Al2O3包覆材料的结构和性能

4.1 材料组成及结构分析

4.1.1 材料的EDAX分析

4.1.2 材料的XRD分析

4.1.3 材料的SEM分析

4.2 材料的充放电测试

4.2.1 MgO包覆材料的充放电测试

4.2.2 Al2O3包覆材料的充放电测试

4.3 本章小结

第5章 LiCoO2包覆材料的结构和性能

5.1 材料的ICP分析

5.2 材料的XRD分析

5.3 材料的SEM分析

5.4 材料的充放电测试

5.5 材料的循环伏安测试

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

个人简历