锂离子电池正极材料的制备改性及表征

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1、中国科学技术人学博I：学位论上抽拦摘要现代社会对能源的需求，大大促进了锂离子电池的发展，这也使锂离子电池电极材料的研究成为现在材料研究的热点。锂离子电池的关键材料之一是币极材料，『F是因为正极材料的许多问题，限制了锂离子电池的一些应用。为了使锂离子电池的应用范围更广泛、更容易朝大型化发展，J下极材料的性能提高十分必要。另外，锂离子电池的安全性能一直是人们关注的焦点，阻燃添加剂的加入可以使易燃有机电解液变成难燃或不可燃的电解液，同时也增加电解液自身的热稳定性，避免电池在过热条件下的燃烧或爆炸。本论文一方面探索了一些高性能锂离子电池的电化学性能及机理，另一方面研

2、究了电解液体系中阻燃剂的加入对锂离子电池的热稳定性的影响。在论文第一章中，作者综述了以下内容：介绍了锂离子电池的发展概况、锂离子电池的工作原理、锂离子电池常用的电极材料、影响正极材料性能的因素、常用的正极材料制备方法以及影响锂离子电池安全性的因素。在第二章中，主要介绍本论文中的实验方法和仪器，详细介绍了实验用的扣式电池的制备过程，以及常用的电化学和结构测试手段。第三章的研究主要针对目前对商品LiC002正极的掺杂改性。作者运用燃烧法成功制得了LiCoI．、Zr,一2Mg、，202(O象如．2)粉末，发现Zr+Mg共掺杂的最佳掺杂量为x=0．06。Zr-Mg掺

3、杂样品的比容量可达138mAh／g和3．6V平台效率都有所提高。由于尖晶石LiNinsMnI504在约4．7v工作电压下有较理想的充放电行为，因此在第四章中作者用辐照凝胶聚合法成功地合成了LiN沁Mn”04，研究了粉术材料的电化学性能与烧结温度的关系，950。C烧结的样品显示了139mAh／g的初始容量及在50个循环内96％的容量保持率。采用缓慢降温的措施提高了LiNi。sMnl，04在4．7V平台的容量。此外，作者还发现“w”型的直流阻抗曲线对LiNi¨sMnI504电极材料的充放电有着敏感的指示作用。出于安全性问题限制了锂离子电池在大型动力电池例如电动汽

4、车上的应用，中国科学技术人学博I。学位论正摘要所以第五章对锂离子电池的热稳定性进行了探索，研究了TMP(i)在目fii『商品化的LiC002／Li体系中对电池电化学性能的及热稳定性的影响。作者通过对循环过的处于充电状态的iF极表面的非原位FTIR测试，对Lil}sCOO_+正极表面化学成份进行了了分析。结果表明，5vvt．％TMP(i)作为IMLiPF^4-EC／DEC(I：I．重量比)电解液体系的添加剂大人提高了锂离子电池的比容量、循环性能和：{．6V平台效率等电化学性能。此外，’FMP(i)添加剂的使用明显影响了正极与电解液之『自J的表面膜的化学成份。发

5、现经过相同循环次数、加TMP(i)添加剂的表面膜有新成份LijPO+生成。同时．其表面膜阻抗和电荷转移阻抗都小于参比样品。用C80测试了满充的Lim5CoO!IF极和电解液混合的热稳定性表明，加TMP(i)添加剂的电解液与Lit，．；C002的热稳定性有明显的提高。在第六章作者用辐照聚合凝胶法制得4V正极材料Li[Lio16Nin21MnfJ63102(LNM)和Li[LiIJ二N“：MnIlb]02，其中Li／Li[LilII^NiIJ-+IMno63102表现出优异的电化学性能，lc放电倍率F比容量达到158mAhg～，相对较低的Ni的价念在增加锂离子的

6、扩散速率、增强电子电导率及抑制表面膜的阻抗等方面起到重要作用。这种锂离予不足的LNM讵极材料对于二次锂离子电池的发展有着很大的潜力。最后，第七章对本论文的创新和不足作了简要总结，并对今后可能的研究方向提出了建议。关键词：锂离子电池，讵极材料，循环性能，平台效率，辐照凝胶聚合，热稳定性能。生国鞋堂挂苤厶堂壤±翌位i垒塞擅噩AbstractOurceaselessdemandsforenergysourceshavegreatlypromotedthedevelopmentofthelithium·ionbatteries．Thismakestheelectro

7、dematerialsbecomeveryattractiveinthefieldofmaterialsresearch．Themostimportantmaterialsforthelithium—ionbatteriesaFethecathodematerials．However．someproblemsofthecathodematerialssuchassafetyandcOSthavehinderedtheapplicationsofthelithium—ionbatteries．Therefore．researchesaimingatimprov

8、ingtheelectrochemicalprope