多元含fe锂离子电池正极材料制备及其电化学性能研究

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1、分类号：密级：____________________UDC：编号：____________________河北工业大学硕士学位论文多元含Fe锂离子电池正极材料制备及其电化学性能研究论文作者：芦敏学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：应用化学指导教师：韩恩山职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofAppliedChemistrySYNTHESISANDELECTROCHEMICALPROPERTIESOF

2、NICKEL/MANGANESECOBALT/FERRUMOXIDESASCATHODEMATERIALOFLITHIUM-IONBATTERIESByLuMinSupervisor:Prof.HanEnshanMay2017摘要本文分别以高温固相法和共沉淀法合成了锂离子电池正极材料Li[Ni1/3Co(1-x)/3Mn1/3Fex/3]O2（x=0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9）。考察了铁钴元素含量对材料性能的影响。在高温固相法中，通过热重分析，确定预烧温度，并考察了煅烧温度和煅烧时间对材料性能的影响。

3、在共沉淀法中，详细考察了金属盐浓度，反应温度，锂源，煅烧温度和煅烧时间对材料性能的影响。此外对合成的材料进行掺杂改性研究。通过XRD，SEM测试对合成材料的晶型，形貌进行分析，通过EIS，CV和恒流充放电测试对合成材料的电化学性能进行分析。与Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2相比，制备的Li[Ni1/3Co0.9/3Mn1/3Fe0.1/3]O2材料放电比容量更高，循环性能更好。以0.1C在2.4~4.5V恒流充放电，首次和第30次循环的放电比容量分别为168.2mAh/g，139.1mAh/g，容量保持率

4、为86.02%。高温固相法制备Li[Ni1/3Co0.9/3Mn1/3Fe0.1/3]O2正极材料，其前驱体在450°C预烧完后研磨处理，再在800°C煅烧12h，随炉冷却合成的材料电化学性能最好，以0.1C在2.4~4.5V恒流充放电，初始放电比容量可达148.6mAh/g，库伦效率为86.30%，循环10次后容量保持率是73.53%。氢氧化物共沉淀法制备Li[Ni1/3Co0.9/3Mn1/3Fe0.1/3]O2正极材料，当采用过渡金属离子浓度为2mol/L，反应温度60°C，Li2CO3作为锂源，在450°C

5、下预烧5h，850°C下煅烧12h合成的材料电化学性能最优。以0.1C在2.4~4.5V恒流充放电，首次循环的放电比容量为179.7mAh/g，库伦效率为94.93%，循环30次后材料的容量保持率为87.12%。此外，还考察了Al、Ti掺杂对Li[Ni1/3Co0.9/3Mn1/3Fe0.1/3]O2性能的影响。讨论了不同掺杂量对材料的晶体结构和电化学性能的影响。研究表明：掺杂会在一定程度上降低材料的首次放电比容量和库伦效率。Al掺杂使Li[Ni1/3Co0.9/3Mn1/3Fe0.1/3]O2的循环性能有所改善；

6、同样，Ti掺杂对Li[Ni1/3Co0.9/3Mn1/3Fe0.1/3]O2的大倍率循环性能改善较明显。其中，3%Al掺杂和3%Ti掺杂材料的电化学性能最好。以0.1C在2.4~4.5V恒流充放电，Li[Ni1/3Co0.9/3Mn1/3Fe0.1/3]O2，3%Al掺杂和3%Ti掺杂材料的首次放电比容量分别为166.0mAh/g；162.9mAh/g；164.8mAh/g，库伦效率为88.96%；87.39%；88.65%。循环30次后，容量保持率分别为74.58%；83.94%；87.11%。关键词：锂离子电池

7、正极材料锂镍钴锰铁氧化物掺杂IABSTRACTLi[Ni1/3Co(1-x)/3Mn1/3Fex/3]O2（x=0,0.1,0.3,0.5,0.7and0.9）cathodematerialforlithium-ionbatteriesweresynthesizedbysolid-statereactionandco-precipitationreaction.TheeffectsofthecontentofFeandCoontheperformanceofmaterialwerestudied.Presinter

8、ingtemperaturesweredeterminedbythermalgravimetricanalysis,andtheeffectsofcalcinationstemperaturesandtimeonLi[Ni1/3Co(1-x)/3Mn1/3Fex/3]O2electrochemicalperformancewerestudiedinsolid