多元锂离子电池正极材料的制备及其表面改性研究

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1、StudyonthepreparationandsurfacemodificationofmultiplecathodematerialsforlithiumionbatteriesADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByChangQingjunSupervisors:Associate-Pro

2、f.BaiYingMay,2013关于学位论文独创声明和学术诚信承诺本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。在此本人郑重承诺：所呈交的学位论文不存在舞弊作伪行为，文责自负。学位申请人（学

3、位论文作者）签名：201年月日关于学位论文著作权使用授权书本人经河南大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文（纸质文本和电子文本）以供公众检索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手段保存、汇编学位论文（纸质文本和电子文本）。（涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书）学位获得者（学位论文作者

4、）签名：201年月日学位论文指导教师签名：201年月日摘要层状α-NaFeO2结构的LiNi0.5Mn0.5O2和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2由于兼具LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2三者的优点，成本低、比容量高、结构稳定并且安全性更高，被认为是最具应用前景的新型材料，成为近年来研究的热点。当然这类材料也存在着一定的缺陷，比如：由于阳离子混排导致差的电化学性能，正极材料与电解液界面不稳定，锰离子溶解，电解液易发生分解并在活性材料表面沉积一层不稳定的固体电介质界面膜（SEI膜）等，这些都很

5、大程度上影响材料的电化学性能。正是由于这些无法比拟无法超越的优点使这两种材料成为近年来研究的热点，也正是由于这些缺点才给人们的改性研究指明了方向。对于纯相材料的获得，我们选用氢氧化物共沉淀的方法制备。将一定比例的硝酸盐前驱物溶于去离子水中充分搅拌使其溶解均匀，再加入1M的氢氧化钠并用氨水来调节PH值，将PH值控制在10.5左右。将沉淀物过滤清洗三次，120℃干燥12h。最后将过量的氢氧化锂和所得沉淀物充分研磨均匀，经过900℃煅烧24h制得纯相材料。为了改善LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的电

6、化学性能，我们选择了YPO4对其进行表面包覆。通过化学沉积法可以很简单地把不同包覆量的YPO4包覆在层状材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表面，名义包覆量分别为0.5wt.%、1wt.%和3wt.%。我们对纯相材料和包覆材料分别进行了X射线衍射测试（XRD）、拉曼测试（Raman）和场发射扫面电子显微测试（FESEM）。通过上述测试表征我们发现表面包覆的YPO4并没有改变三元材料LNCMO的体相结构。通过对他们循环性能的表征我们发现，1wt.%YPO4包覆的LNCMO材料循环50周之后他的容量

7、保持率为88.6%是所有比例中最高的，而纯相的LNCMO材料容量保持率仅仅只有80.1%。经过50周循环后0.5wt.%和1wt.%包覆的LNCMO容量分别提升了0.46%和11.29%，而3wt.%YPO4包覆的LNCMO容量却下降了27.18%。由此得出1wt.%YPO4包覆的LNCMO材料表现出最好的循环性能。之后我们对纯相LNCMO材料和1wt.%YPO4包覆的LNCMO材料做了循环伏安（CV）和电化学阻抗（EIS）的测试，同样证明了1wt.%YPO4包覆的LNCMO材料具有最佳的电化学性能。我

8、们分析认为是YPO4包覆层抑制了固体电解质界面膜（SEI）的快速增长，从而利于锂离子的扩散。I为了对其安全性能进行研究，我们对纯相材料和1wt.%YPO4包覆的LNCMO电极进行了差示扫描量热（DSC）测试。测试结果显示1wt.%YPO4包覆的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2放热量为15.34mW/mg相比于纯相材料放热量19.17mW/mg明显减少，并且放热峰推迟了9℃。表明1wt.%YPO4包覆的LiNi1/3Co1/3Mn1/3