1、分類號：U D C ： 密級：學校代碼：1 1 8 4 5學 號：2 1 1 1 2 0 6 0 4 5廣東工業(yè)大學碩士學位論文( 工學碩士)高電壓鋰離子電池正極材料L i N i o ．5 M n l ．5 0 4的制備及其改性研究李慶彪指導(dǎo)教師姓名、職稱： 奎至 副麴攮學科( 專業(yè)) 或領(lǐng)域名稱： 絲堂王猩量堇苤學生所屬學院： 經(jīng)王絲王堂醫(yī)論文答辯日期： 2 0 1 5 年5 月2 9 日摘要摘要為了適應(yīng)電動汽車、混合電動汽車及大容

2、量儲能電池等對高功率鋰離子電池的發(fā)展要求，人們對鋰離子電池的功率密度以及能量密度都提出了更高的要求；故進一步提升鋰離子電池能量密度、功率密度及安全性成為電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，其中作為鋰離子電池關(guān)鍵因素的正極材料更備受關(guān)注，開發(fā)出高容量和高電壓性能的新型正極材料已經(jīng)逐漸成為目前研究的熱點。尖晶石型正極材料L i N i o ．5 M n l5 0 4 由于具有4 ．7 V 放電平臺、相對較高的放電容量及良好的安全性等優(yōu)點，成為目前備受矚

3、目的鋰離子電池正極材料。本文以N i ( O O C C H 3 ) 2 “ 4 H 2 0 、M n ( O O C C H 3 ) 2 ·4 H 2 0 為原料，以H 2 C 2 0 4 ·2 H 2 0為沉淀劑，用共沉淀法制備了鎳錳草酸鹽前軀體，將該前驅(qū)體和L i 2 C 0 3 混合燒結(jié)合成了L i N i o5 M n l ．5 0 4 正極材料，運用X R D 、S E M 、恒流充放電、C V 和E I

4、 S等測試手段對所制樣品材料進行物相微觀結(jié)構(gòu)表征及電化學性能測試。首先，用正交實驗方法分析了p H 值、攪拌轉(zhuǎn)速、高溫煅燒溫度和高溫煅燒時間等因素對制備L i N i o ．5 M n l 5 0 4 正極材料的性能影響，優(yōu)化了制備L i N i o ．5 M n l ．5 0 4 的工藝條件。研究表明，在溶液p H 值為7 ．0 、攪拌轉(zhuǎn)速為7 0 0 r p m的條件下，采用共沉淀法制得了鎳錳草酸鹽前軀體，經(jīng)5 5 0 。C 預(yù)燒5

5、 h 后與L i 2 C 0 3研磨混合，在8 5 0 ℃煅燒1 6 h 后于6 0 0 。C 退火處理8 h ，所制得L i N i o 5 M n l ．5 0 4 材料性能最佳。該樣品在0 ．1 C 倍率下首次放電比容量為1 4 2 ．0 9 m A h ／g ，電荷轉(zhuǎn)移阻抗＆t 為1 0 9 ．2 0 Q 。為改善L i N i o 5 M n l ．5 0 4 材料的電化學性能，對其分別進行了F 一、F e 3 + 摻雜改性研

6、究，研究了不同摻雜量對于樣品材料性能的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：當F ’摻雜量x = 0 ．0 5 時的樣品L i N i o 5 M n l ．5 0 3 9 5 F 0 0 5 的性能較好，0 ．1 C 時首次放電容量為1 2 9 ．0 7 m A h ／g ，1 C 倍率和5 C 倍率下的放電比容量分別為1 1 8 ．4 9 m A h ／g 和9 2 ．5 7 m A h ／g ，循環(huán)5 0 次后放電比容量依次為1 1 3 ．5 1 m

7、 A h ／g 和8 0 ．3 5m A h ／g ，容量保持率分別為9 5 ．8 ％和8 6 ．8 ％。樣品經(jīng)過C V 和E I S 測試分析，其氧化還原電勢差為A E = 0 ．2 7 3 V ，電荷轉(zhuǎn)移阻抗民。值為4 8 ．2 6 Q ，鋰離子的擴散系數(shù)D L i + 值為4 ．4 9 x 1 0 ‘1 0c m 2 ·S ～，說明經(jīng)適量的F 。摻雜后樣品的電荷轉(zhuǎn)移阻抗＆。顯著減少，極化減小，鋰離子擴散系數(shù)得到了擴大。當