綠色鋰離子動(dòng)力電池材料的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著汽車尾氣中NOx、 PM2.5等環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，人們迫切需求開(kāi)發(fā)綠色動(dòng)力電池系統(tǒng)。鋰離子電池因其高能量密度和高功率密度而成為綠色動(dòng)力電池的首要選擇。在傳統(tǒng)的鋰離子電池材料中，層狀的氧化鈷鋰材料(LiCoO2)由于鈷資源的稀缺和毒性以及高溫條件下較差的安全性等問(wèn)題，使得該材料在動(dòng)力電池的應(yīng)用成本增大。而橄欖石型的磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料因其低的能量密度，很難滿足下一代動(dòng)力電池的需求。因而開(kāi)發(fā)新型的、環(huán)境友好的鋰離子動(dòng)力電

2、池材料越來(lái)越受到大家的親睞。本論文主要以發(fā)展綠色鋰離子動(dòng)力電池材料為中心，設(shè)計(jì)和制備了一系列高性能的富鋰錳基鋰離子電池層狀正極材料，并考察了其在鋰離子電池中應(yīng)用。本論文的主要內(nèi)容包括以下兩部分:
　?。ㄒ唬┍砻嫣荻肉c離子摻雜對(duì)于提高富鋰材料動(dòng)力學(xué)性能的研究
　　通過(guò)在氯化鈉熔融條件下，基于鈉離子在高溫下的熱力學(xué)濃差梯度的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)鈉離子在富鋰材料表面的梯度摻雜。利用鈉離子在結(jié)構(gòu)中的釘扎效應(yīng)來(lái)維持材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、改進(jìn)材料的動(dòng)力

3、學(xué)性能，進(jìn)而提高富鋰材料的倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性能。通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線粉末衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)，球差校正透射電鏡(STEM)以及電化學(xué)技術(shù)對(duì)材料微觀形貌，晶體結(jié)構(gòu)，表面組成進(jìn)行了細(xì)致的研究，并且測(cè)試其作為鋰離子正極材料電化學(xué)性能。該材料在0.1C電流密度下放電比容量可達(dá)285 mAh g-1，首圈庫(kù)倫效率高達(dá)87％，并且倍率性能優(yōu)越，在電流密度為0.2C、0.5C、1C和2C下的放電比容量分別為2

4、65 mAh g-1、236 mAh g-1、215 mAh g-1以及185 mAh g-1。并且在0.2C下，循環(huán)100圈后，境容量保持在-233 mAh g-1，具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　?。ǘ┗贙Cl/Na2CO3熔融鹽條件下富鋰材料的制備及其性能研究
　　采用共沉淀的方式，合成形貌均勻的碳酸鹽前驅(qū)體，將碳酸鹽煅燒成氧化物后，與化學(xué)計(jì)量比的碳酸鋰、碳酸鈉以及氯化鉀混合后于高溫下煅燒，得到鈉離子摻雜的并且具有大量結(jié)

5、構(gòu)缺陷的富鋰材料。通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線粉末衍射(XRD)、電化學(xué)技術(shù)對(duì)富鋰材料進(jìn)行了研究，得到高比容量、倍率性能優(yōu)異以及循環(huán)穩(wěn)定的富鋰材料。該材料在0.1C(1C=250 mAg-1)下放電容量可達(dá)270mAh g-1，首圈庫(kù)倫效率84％，倍率性能優(yōu)越，0.2C、0.5C、1C、2C、4C下放電容量分別為252mAh g-1、230mAh g-1、200mAh g-1、180mAh g-1以及130 mAh g-1。材料