綠色鋰離子動力電池材料的應用研究.pdf

1、隨著汽車尾氣中NOx、 PM2.5等環(huán)境污染問題的日益嚴重，人們迫切需求開發(fā)綠色動力電池系統(tǒng)。鋰離子電池因其高能量密度和高功率密度而成為綠色動力電池的首要選擇。在傳統(tǒng)的鋰離子電池材料中，層狀的氧化鈷鋰材料(LiCoO2)由于鈷資源的稀缺和毒性以及高溫條件下較差的安全性等問題，使得該材料在動力電池的應用成本增大。而橄欖石型的磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料因其低的能量密度，很難滿足下一代動力電池的需求。因而開發(fā)新型的、環(huán)境友好的鋰離子動力電

2、池材料越來越受到大家的親睞。本論文主要以發(fā)展綠色鋰離子動力電池材料為中心，設(shè)計和制備了一系列高性能的富鋰錳基鋰離子電池層狀正極材料，并考察了其在鋰離子電池中應用。本論文的主要內(nèi)容包括以下兩部分:
　?。ㄒ唬┍砻嫣荻肉c離子摻雜對于提高富鋰材料動力學性能的研究
　　通過在氯化鈉熔融條件下，基于鈉離子在高溫下的熱力學濃差梯度的擴散，實現(xiàn)鈉離子在富鋰材料表面的梯度摻雜。利用鈉離子在結(jié)構(gòu)中的釘扎效應來維持材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、改進材料的動力

3、學性能，進而提高富鋰材料的倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性能。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線粉末衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)，球差校正透射電鏡(STEM)以及電化學技術(shù)對材料微觀形貌，晶體結(jié)構(gòu)，表面組成進行了細致的研究，并且測試其作為鋰離子正極材料電化學性能。該材料在0.1C電流密度下放電比容量可達285 mAh g-1，首圈庫倫效率高達87％，并且倍率性能優(yōu)越，在電流密度為0.2C、0.5C、1C和2C下的放電比容量分別為2

4、65 mAh g-1、236 mAh g-1、215 mAh g-1以及185 mAh g-1。并且在0.2C下，循環(huán)100圈后，境容量保持在-233 mAh g-1，具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　?。ǘ┗贙Cl/Na2CO3熔融鹽條件下富鋰材料的制備及其性能研究
　　采用共沉淀的方式，合成形貌均勻的碳酸鹽前驅(qū)體，將碳酸鹽煅燒成氧化物后，與化學計量比的碳酸鋰、碳酸鈉以及氯化鉀混合后于高溫下煅燒，得到鈉離子摻雜的并且具有大量結(jié)

5、構(gòu)缺陷的富鋰材料。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線粉末衍射(XRD)、電化學技術(shù)對富鋰材料進行了研究，得到高比容量、倍率性能優(yōu)異以及循環(huán)穩(wěn)定的富鋰材料。該材料在0.1C(1C=250 mAg-1)下放電容量可達270mAh g-1，首圈庫倫效率84％，倍率性能優(yōu)越，0.2C、0.5C、1C、2C、4C下放電容量分別為252mAh g-1、230mAh g-1、200mAh g-1、180mAh g-1以及130 mAh g-1。材料