锂离子电池三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备及改性研究

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1、学校代码：10259密级：公开上海应用技术大学硕士学位论文题目：锂离子电池三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备及改性研究英文题目：PreparationandModificationofLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2CathodeMaterialforLithiumBattery专业：化学工程学院：化学与环境工程学院研究方向：绿色化学与清洁生产技术姓名：张志丽指导教师：陈东辉教授二零一八年五月二十日锂离子电池三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的制备及改性研究摘要在传统能源逐步枯竭，环境污染现象愈来愈严重的今天，锂离

2、子电池作为洁净高效的新型能源逐渐受到人们的瞩目。因锂离子电池三元正极材料拥有材料LiNiO2、LiCoO2和LiMnO2的协同作用，成为当前锂离子电池正极材料的研究热点。高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)具有理论比容量高，成本价格低等优点。然而由于镍含量的提高，发生锂镍混排的现象也相对更为严重，导致材料的循环稳定性和倍率性能都受到了不同程度的影响。我们希望通过摸索新的合成过程和对材料进行改性研究以改善这些问题。本文通过纳米球磨和喷雾干燥的方法制备出NCM811前驱体，然后采用氧气氛围下高温煅烧的方法制备LiNi0.8Co0

3、.1Mn0.1O2正极材料，探究材料合成过程中的球磨时间、球磨机转速、前驱体粒度、煅烧温度等工艺条件对材料物理和电化学性能的影响，结果表明：球磨机转速设置为2500r/min，球磨120min时，得到的前驱体颗粒粒径最小，为246nm；500℃和800℃下两段煅烧获得结晶度最好的NCM811材料，SEM分析表明得到的材料是由直径为200~300nm的一次颗粒团聚在一起形成的二次颗粒；最佳条件下得到的样品首圈的放电比容量是166.4mAh/g，经过50次充放电循环后，其容量保持率为93.4%。根据探究出的最佳工艺用同样的方法制备金属离子Rb掺杂的RbxLi(1

4、-x)Ni0.8Co0.1Mn0.1O2(x=0,0.005,0.01,0.02)正极材料，考查离子掺杂对材料物相结构和电化学性能的影响，探究最佳Rb掺杂量。结果表明，当x=0.005时，即样品Rb0.5%在0.5C倍率下的首圈放电比容量达到188.9mAh/g，与样品Rb0％相比，提高了13.52％。100次充放电循环后Rb0.5%的容量保持率为88.9％，相比Rb0％提高了14.08％。经过阻抗分析得知Rb0.5%的锂离子扩散系数为1.14×10-10cm2·s-1，是Rb0％的3.42倍。关键词：锂离子电池；正极材料；球磨；喷雾干燥；高温煅烧Prepa

5、rationandModificationofLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2CathodeMaterialforLithiumBatteryAbstractWiththegradualreductionoftraditionalfossilenergy,traditionalenergysourcesaregraduallydepletedandenvironmentalpollutionisbecomingmoreandmoreserious.Lithium-ionbatterieshaveattractedmoreandmoreattention

6、ascleanandefficientnewenergysources.Nowternarycathodematerialisthehotspotofcathodematerialsforlithiumionbatteries,becauseithastheadvantagesofthreematerials:LiNiO2,LiCoO2andLiMnO2.High-nickelmaterialLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)hastheadvantagesofhightheoreticalspecificcapacityandlowco

7、standsoon.However,duetotheincreaseofnickelcontent,thephenomenonofcationdisorderingbecomesevenmoreserious.Thiswillaffectthecycleperformanceandrateperformanceofmaterialstovaryingdegrees.Wehopetosolvetheseproblemsbyexploringnewsyntheticmethodsandmodifythematerial.HerewesynthesizedNCM8

8、11precursorbynanoballmilli