过渡金属层状氧化物正极材料的制备、修饰及电化学性能研究.pdf

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1、ADissertationSubmittedtoZhengzhouUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofScienceSynthesis，ModificationandElectrochemicalPerformanceofTransitionMetalLayerOxideCathodeMaterialforLithiumIonBatteryByJuanjuanZhaoSupervisedbyProf．WeihuaChenProf．JianminZhang—P

2、hysicalChemistryCollegeofChemistryandMolecularEngineeringZhengzhouUniversityApril，2014学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：龟妫蹈B期：年月日学位论文使用授权声明本人在

3、导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：拯燃翰日期：年月摘要高镍层状多元正极材料以其高比容量

4、、高放电电压平台和低价格等特点被认为是最具有商业前景的正极材料，但是其存在的循环性能差和热稳定性低是该材料应用过程中的主要缺点。为了优化材科的综合电化学性能，本文采用阳离子交换法在三元前驱体Nio83Coo1Mno．oT(OH)2中引入了舢，同时该前驱体中的Ni被部分取代，得到金属元素呈浓度梯度分布的多元氢氧化物：然后通过与锂盐等混合、煅烧后，可得到具有相似金属元素分布特征的嵌锂金属氧化物电极材料；另外，通过阴阳离子同时交换的方法在材料中同时引入有利于增强材料循环稳定性的A1和F元素，使得所制备材料的

5、循环稳定性得到明显提升。相关研究结果主要分为以下几个部分：(1)在水热条件下，采用阳离子交换法对前驱体Nio．83Coo，Mnol07(OH)2进行Al元素修饰，通过控制离子交换的反应时间和温度等条件制得一系列具有不同组成的Nio,83-xCoo．iMna．a7AlffOH)2样品，然后与氢氧化锂混合、煅烧后可得到相应的嵌锂氧化物Li(Nio．83．：Coo．。Mn007A1。)02。对所得到该系列样品进行的相关测试表明：①阳离子交换处理前后的氢氧化物样品的形貌和结构没有发生明显的变化；②阳离子交换主

6、要发生在Nr和AlH之间，使所制得样品的球形颗粒中呈现具有Ni和A1的浓度梯度分布；⑨当阳离子交换反应的温度或时间增加时，Ni2+和A13+的交换量增加；④在150。C条件下反应4h合成的样品LiNi0,783C00．096Mno．065A1005602的电化学性能最佳。该样品在0．1C的充放电条件下，首次放电比容量为203。4mAh／g，经过30周循环后样品的放电比容量高达141．7mAh／g，而未经过修饰样品的放电比容量只有80．8mAh／g。(2)阳离子交换法可成功在前驱体Nio．83CoojM

7、no．07(OH)2中进入A1元素，得到具有Ni和Al的浓度梯度分布样品，然而水热反应温度较高、不易大规模生产。因此，探索在较温和的条件下进行阳离子交换修饰以达到上述目的是很有必要的。在水浴条件下，采用阳离子交换法对前驱体N讥3Coo，Mno07(0H)2进行A1元素修饰，通过改变阳离子交换的反应时间和温度制得一系列具有不同组成的N讥3，。CoolMno07A1。(OH)2样品，然后与氢氧化锂混合、高温煅烧可得到相应的嵌锂金属氧化物Li(Nio．83．。Coo．JMno07A1。)02。对所得到的该系

8、列样品进行的相关分析表明：在不改变样品形貌和结构特征的情况下，低温水浴可成功实现A1”摘要与Ni2+的交换：在50。c条件下反应6h合成的样品LiNi0．754Coo．092M_no056Alo09802的电化学性能最佳：在0．1c的充放电条件下，首次放电比容量为162．5mAh／g，经过50周循环后，样品的的放电比容量为137．8mAh／g，容量保持率为84．80％。(3)在水热条件下，采用阴、阳离子同时交换法对前驱体Nio83Coo．】Mno07(O