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lini0.4co0.2mn0.4o2与Limn2o4共混及陶瓷隔膜对电池性能的影响研究

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LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2与LiMn2O4共混及陶瓷隔膜对电池性能的影响研...

作者：刘建武哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着全球人口数量的增加,城市交通的拥堵,煤和石油等传统能源消耗不断加剧,空气污染日渐严重,世界各国都将发展新能源汽车作为重要战略国策,我国大力提倡发展锂离子动力型新能源汽车。三元材料比能量高、循环性能好等优异的综合性能,已... 详细信息

随着全球人口数量的增加,城市交通的拥堵,煤和石油等传统能源消耗不断加剧,空气污染日渐严重,世界各国都将发展新能源汽车作为重要战略国策,我国大力提倡发展锂离子动力型新能源汽车。三元材料比能量高、循环性能好等优异的综合性能,已成为电动助力车锂离子电池首选正极材料,并有希望在电动汽车方面大规模使用。本论文选取两种当前主流动力电池材料的三元系和锰酸锂材料进行研究,将容量较高的linicomno和稳定性较高的Limno混合,系统研究了两者的不同配比,linicomno∶Limno为(8:2/7:3/6:4/5:5)情况下的循环性能、高低温性能和安全性能。采用扣式电池进行循环测试,确定了Limno材料在3.0.2V和linicomno材料在2.8.2V的电压范围内性能最佳。通过对四种配比材料循环性、高低温和安全性测试,实验结果表明:在3.0.2V充放电制度下,7:3(linicomno∶Limno)配比具有较好的电化学性能,比容量在140mAh/g左右。在-20℃、-10℃和55℃高低温状态下,依然有60%、80%和105%左右的容量保持率,符合新能源汽车的电性能要求,但是,该配比共混电池的安全性能有待提高。对7:3共混软包电池的活化、化成、高温老化等工序的不同组合研究发现,合并活化及简化后的化成,再进行高温老化工序,能够使得常温350次循环后,容量保持率有4%的提升,高温荷电保持率和高温容量恢复率分别提升了0.9%和1.6%,在3C倍率方面比原方案的82.7%提升了6.3%,并且缩短了生产时间,极大的提高了设备的利用率和生产效率。对普通PP隔膜表面涂覆Alo所得陶瓷隔膜研究发现,涂覆Alo陶瓷材料使得材料的拉伸强度有所提升,明显提高了隔膜的热收缩性能,增大了隔膜对电解液的吸液和保液能力,明显改善了电池的穿刺性能。

关键词： lini0.4co0.2mn0.4o2 Limn2o4 Al2o3陶瓷隔膜电化学性能安全性能

锂离子电池正极材料lini0.4co0.2mn0.4o2的表面改性和电化学性能研究

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锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的表面改性和电化学性能...

作者：张进浙江大学

学位级别：硕士

层状结构的含镍、钴、锰的新型三元金属嵌锂化合物具有比容量高、结构和热稳定性良好等特点,被认为是有望替代Licoo的锂离子电池正极材料,成为近年来研究的热点。本文以提高锂离子电池正极材料linicomno的循环性能为主要目的,分别采用... 详细信息

层状结构的含镍、钴、锰的新型三元金属嵌锂化合物具有比容量高、结构和热稳定性良好等特点,被认为是有望替代Licoo的锂离子电池正极材料,成为近年来研究的热点。本文以提高锂离子电池正极材料linicomno的循环性能为主要目的,分别采用熔融浸渍法和固相反应法制备了表面有氧化物和LiAlo包覆的linicomno材料,并研究了其电化学性能。采用熔融浸渍法,以Al(No)·6Ho、Zn(No)·6Ho和Mg(No)·6Ho为包覆源,制备了表面有Alo、Zno、Mgo包覆的linicomno正极材料,研究了不同的包覆量(1 wt%、2 wt%、3 wt%、5 wt%)对材料电化学性能的影响。氧化物包覆后在linicomno表面形成了一层不均匀的絮状包覆物,同时材料的晶格常数发生了改变,包覆起到了表面修饰和部分掺杂的双重效果;3 wt%的Alo包覆后晶格常数改变最大,但包覆量为1 wt%的试样具有最佳的倍率性能和循环性能,表明材料内部晶格的稳定和包覆层的厚度都是影响材料性能的重要原因;包覆后虽然降低了初始容量,但却明显提高了linicomno的倍率和循环性能,1 wt%的Alo包覆试样在160 mA·g的电流密度下循环300次后,还有104 mAh·g的比容量,次衰减率为0.108%,明显低于试样RM的0.139%;通过对Alo、Zno、Mgo的循环特性进行对比,表明包覆材料本身的特性是影响linicomno电化学性能的重要原因。采用固相反应法,以LiNo和Al(oH)作为前驱反应物,成功地在linicomno表面包覆了一层不均匀的絮状包覆物α-LiAlo,用溶胶-凝胶法也获得了一层更加均匀的LiAlo,但是前者具有最佳的电化学性能;3 wt%的LiAlo包覆后明显提高了linicomno的循环稳定性和倍率性能,在1C和3C倍率分别获得了142 mAh·g和108 mAh·g的比容量,1C循环100次后次衰减率由包覆前的0.19%下降到0.14%,55℃循环150次的次衰减率由包覆前的0.19%下降到包覆后的0.15%。EIS分析表明,包覆层的存在导致SEI膜电阻略有增加,但电池循环过程中的电荷传递阻抗的增加却得到了有效抑制,因此减缓了总阻抗的增加,提高了循环稳定性。对影响linicomno材料电化学性能的因素进行了探讨,表明采用恒压步骤有利于抑制循环过程中的容量衰减,材料在3.0.4.3 V范围内具有最佳的稳定性,但容量较低,升高充电截止电压,容量上升但循环稳定性略有下降;表面包覆层改善材料循环性能是因为它可以吸收部分应力,缓和充放电过程的体积变化,从而抑制电池多次循环后的极化,提高循环稳定性。具体表现为多次循环后:CV图上表现为氧化/还原峰位差的减小;EIS图谱上表现为SEI膜电阻的增加,但多次循环后的总Z′值大大减小,充电过程中R和Q单调减小,SEI膜厚度随电极电位的升高而变薄,电荷转移电阻R随着电位的升高先减小后增加,在4.0 V左右达到最小值,表明此时Li脱出受到的阻碍最小;试样RM颗粒间脱离接触,电极片上出现许多空隙,致使材料导电性能变差,但经包覆后的试样多次循环后颗粒之间及颗粒与导电剂乙炔黑之间仍然接触良好,形貌变化较小。

关键词： lini0.4co0.2mn0.4o2 锂离子电池正极材料熔融浸渍法固相反应法包覆 LiAlo2 电化学性能

锂离子电池正极材料lini0.4co0.2mn0.4o2的磷酸盐包覆改性研究

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锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的磷酸盐包覆改性研究

作者：王丽哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

作为锂离子电池正极材料,三元材料因其比容量高、放电倍率佳、安全性好和价格低等特点而被广泛认为是最具有研究和应用价值的新一代锂离子电池正极材料之一。但是三元材料会与电解液发生副反应,在充放电循环中材料的结构慢慢发生变化,... 详细信息

作为锂离子电池正极材料,三元材料因其比容量高、放电倍率佳、安全性好和价格低等特点而被广泛认为是最具有研究和应用价值的新一代锂离子电池正极材料之一。但是三元材料会与电解液发生副反应,在充放电循环中材料的结构慢慢发生变化,电极反应电阻增大,从而材料的循环性能变差,而包覆改性可以使活性物质与电解液相隔离,是解决这一缺点的有效方法之一。本论文所用三元材料为公司已有的linicomno,由于其降低了钴含量,而增加了镍、锰的含量,使产品具有更大的成本优势和更高的比容量,反之,钴含量降低,材料在充放电反应时的稳定性下降,所以材料的倍率性能和循环性能有待提高。采用共沉淀法对linicomno表面分别包覆FePo和LaPo,共沉淀法包覆分为两个步骤,第一步液相反应和第二步固相反应。通过对包覆后的linicomno样品做X-射线衍射测试、扫描电子显微镜测试、能谱测试、振实密度测试及电化学测试等检测,来研究包覆量、焙烧时间以及焙烧温度对材料的性能影响。物理表征结果显示,包覆后产物的晶型结构未发生改变,材料颗粒表面都包覆上不同含量的磷酸盐。以FePo为包覆物,FePo包覆量为2%,烧结时间为10 h,煅烧温度为600℃时,制备包覆的linicomno材料,在0.1 C初始放电时,放电比容量最高为164.57 mAh/g;在0.5 C充电1 C放电时,经100次循环后,放电比容量为128.98mAh/g,高于未包覆材料和其他焙烧条件下材料的放电比容量,容量保持率为87.64%,高于其他样品,其具有最好的循环性能。研究了LaPo包覆量对linicomno的影响,选择LaPo包覆量为1%、2%、3%、4%和5%。电化学性能测试结果显示,表面包覆量为3%的样品具有最好的循环性能,0.5 C充电1 C放电50次循环后的放电容量为139.96 mAh/g,高于纯样品的119.85 mAh/g,容量保持率是94.16%,高于纯样品的81.70%;在最佳包覆量的前提下研究不同温度焙烧包覆的linicomno样品,得到最佳烧结温度为600℃,从而得到最佳的包覆条件。用未包覆材料与最佳包覆条件合成的材料分别做循环测试,截止电压为2.7 V-4.5 V,最佳包覆条件合成的材料循环50次后容量仍然能达到150.26 mAh/g,容量保持率为91.13%,远高于未包覆材料的59.71%。通过比较最佳合成条件下合成的两种包覆物性能,我们得出LaPo包覆的linicomno样品表现出更好的电化学性能。

关键词： lini0.4co0.2mn0.4o2 共沉淀法 FePo4包覆 LaPo4包覆锂离子电池电化学性能

电解液及添加剂对lini0.4co0.2mn0.4o2正极材料电化学性能的影响

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电解液及添加剂对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料电化学性能的影响

作者：李延凤哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

锂离子电池由于具工作电压高、功率大、使用寿命长和环境友好的优点,已经得到了相当大的关注。在过去的二十年锂离子电池成为便携式电子消费产品的关键。到目前为止,锂离子电池被认为作为电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)是最有前途的... 详细信息

锂离子电池由于具工作电压高、功率大、使用寿命长和环境友好的优点,已经得到了相当大的关注。在过去的二十年锂离子电池成为便携式电子消费产品的关键。到目前为止,锂离子电池被认为作为电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)是最有前途的能源。而锂离子电池电解液在很大程度上影响着电池的电化学性能及安全性能。本实验研究不同的基础电解液和不同的阻燃添加剂TMP和TTFP对linicomno材料电化学性能的影响。采用扫描电子显微镜等物理表征方法结合恒流充放电、电化学阻抗谱和循环伏安等电化学表征手段对材料的电化学性能(充放电性能、循环性能、倍率性能及可逆性)进行研究。通过测试不同的有机电解液对linicomno正极材料电化学性能的影响,发现当放电倍率为0.2 C、0.5 C、1 C时,linicomno正极材料在1 mol/L LiPF-EC/DMC/DEC+1.5%VC电解液中的首次放电比容量分别可以达到164.54mAh/g、148.03mAh/g、135.11 mAh/g,且循环50次后容量保持率均维持在92%以上。交流阻抗和循环伏安数据表明在电解液1 mol/L LiPF-EC/DMC/DEC+1.5%VC中,电极的电荷传递能力和电化学反应的可逆程度优于其它三种电解液。测试了不同的阻燃添加剂磷酸三甲酯(TMP)和三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(TTFP)对linicomno正极材料的电化学性能的影响,实验数据表明随着添加剂TMP和TTFP含量的增加,电池容量衰减加快、可逆性降低,但是阻燃添加剂TTFP含量的增加却使电池的循环性能得到了改善,1 C循环100次之后TTFP含量为10%的时候电池的容量保持率可以达到88.80%。

关键词：锂离子电池 lini0.4co0.2mn0.4o2 阻燃添加剂电解液电化学性能

lini_(0.4)co_(0.2)mn_(0.4)o_2与Limn_2o_4共混正极材料电化学性能

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哈尔滨工业大学学报 2016年第8期48卷 161-165,170页

作者：吕艳卓王霄鹤刘建武王振波柯克哈尔滨工业大学化工与化学学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150001 超威电源有限公司浙江长兴313100

为开发具有优良循环性能和安全性能的大型锂离子电池的正极材料,将不同比例的lini_(0.4)co_(0.2)mn_(0.4)o_2和Li mn2o4材料进行共混,研究了lini_(0.4)co_(0.2)mn_(0.4)o_2和Li mn2o4共混以及共混比例(10∶0、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、0∶10)对锂离子电池的首次放电性能、循环性能和倍率性能以及交流阻抗和循环伏安曲线的影响,并采用扫描电镜对电极材料进行了表征.研究结果表明,共混比例会影响材料的电化学性能,8∶2,7∶3和6∶4配比的混合材料的体积比容量、循环性能和倍率性能要好于纯lini_(0.4)co_(0.2)mn_(0.4)o_2和Li mn2o4材料.其中,8∶2配比的材料性能最好.

关键词： lini0.4co0.2mn0.4o2 Limn2o4 共混正极材料锂离子电池电化学性能

Structure Evolution and Electrochemical Performance of Al_2o_3-coated lini_(0.4)co_(0.2)mn_(0.4)o_2 During Charge-discharge Cycling

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Chemical Research in Chinese Universities 2012年第4期28卷 686-690页

作者： LIU Hao-han ZHANG Jian LoU Yu-wan YANG Chuan-zheng XIE Xiao-hua XIA Bao-jia Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology Chinese Academy of SciencesShanghai 200050P.R.China

Several lithium-ion batteries of 18650-type were assembled with pristine or Al2o3-coated lini0.4co0.2mn0.4o2（NCM） as cathode material and mesocarbon microbeads（MCMB） as anode *** cycling performance of the batteries was examined under 25 °C at a 2C rate within a potential range of 2.75―4.20 *** changes of the crystal structure,the lattice parameter,the mean crystallite size,and the mean micro-strain of pristine NCM and Al2o3-coated NCM during the charge-discharge cycling were determined by X-ray diffraction（XRD）.The results indicate that the bulk structure of Al2o3-coated NCM is more stable than that of pristine NCM,which leads to the better cycling performance of Al2o3-coated NCM compared to that of pristine NCM.

关键词： lini0.4co0.2mn0.4o2 Al2o3-coated Cycling performance Bulk structure

锂离子电池正极材料lini_(0.4)co_(0.2)mn_(0.4)o_2的合成、表征及电化学性能

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高等学校化学学报 2006年第7期27卷 1311-1314页

作者：李劼郑建明郭晓健龚正良杨勇厦门大学化学系固体表面物理化学国家重点实验室厦门361005

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料，应用共沉淀或流变相预处理高温烧结法优化并制备出lini0.4co0.2mn0.4o2正极材料．X射线衍射技术（XRD）及Rietveld结构精修、扫描电子显微技术（SEM）、综合热分析（TG—DSC）表征结果和电化学测... 详细信息

以过渡金属乙酸盐和氢氧化锂为原料，应用共沉淀或流变相预处理高温烧结法优化并制备出lini0.4co0.2mn0.4o2正极材料．X射线衍射技术（XRD）及Rietveld结构精修、扫描电子显微技术（SEM）、综合热分析（TG—DSC）表征结果和电化学测试结果表明，该材料具有单一层状结构，颗粒大小均匀，热稳定性好，首次放电比容量高达208．7mA·h／g（2．0.4．6V，0．1C），电化学性能优异．非原位（ex situ）XRD测定结果表明，材料充至高电位下发生的不可逆相变造成了材料的循环容量衰减．

关键词： lini0.4co0.2mn0.4o2 热稳定性循环容量衰减

XANES研究Al_2o_3包覆lini_(0.4)co_(0.2)mn_(0.4)o_2材料的稳定性

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化学学报 2012年第9期70卷 1055-1058页

作者：刘浩涵张建娄豫皖夏保佳中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海200050

采用溶胶凝胶水解法在lini0.4co0.2mn0.4o2(NCM)表面包覆了0.5 wt%Al2o3.透射电镜(TEM)表明在NCM表面形成了均匀的Al2o3包覆层;分别采用恒电位极化及热重分析(TG)研究了包覆前后NCM的析氧特性;采用X射线吸收近边结构谱(XANES)研究了包... 详细信息

采用溶胶凝胶水解法在lini0.4co0.2mn0.4o2(NCM)表面包覆了0.5 wt%Al2o3.透射电镜(TEM)表明在NCM表面形成了均匀的Al2o3包覆层;分别采用恒电位极化及热重分析(TG)研究了包覆前后NCM的析氧特性;采用X射线吸收近边结构谱(XANES)研究了包覆前后o的电子结构.结果表明,包覆后的NCM析氧量更少;Al2o3包覆使得NCM表面层中与金属3d轨道杂化的o比例减少,而更稳定的、与金属4sp轨道杂化的o比例增加.这些因素导致Al2o3包覆后的NCM更加稳定、安全性更高.

关键词：锂离子电池 lini0.4co0.2mn0.4o2 Al2o3包覆 X射线吸收近边结构谱

Ti、Mg离子复合掺杂对lini_(0.4)co_(0.2)mn_(0.4)o_2性能的影响

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物理化学学报 2005年第7期21卷 725-729页

作者：黄友元周恒辉陈继涛高德淑苏光耀湘潭大学化学学院湘潭411105 北京大学化学与分子工程学院北京100871

采用SEM、XRD、恒电流充放电、交流阻抗谱等方法研究了钛镁离子复合掺杂对lini0.4co0.2mn0.4o2的结构及其电化学性能的影响.结果表明材料的XRD图谱中部分特征峰的强度比值有较大的变化.1%(摩尔分数)的Ti、Mg离子复合掺杂能显著地改善LiN... 详细信息

采用SEM、XRD、恒电流充放电、交流阻抗谱等方法研究了钛镁离子复合掺杂对lini0.4co0.2mn0.4o2的结构及其电化学性能的影响.结果表明材料的XRD图谱中部分特征峰的强度比值有较大的变化.1%(摩尔分数)的Ti、Mg离子复合掺杂能显著地改善lini0.4co0.2mn0.4o2的倍率放电能力,平台保持能力和高倍率下的循环性能.交流阻抗谱表明钛镁离子掺杂抑制了lini0.4co0.2mn0.4o2在高放电倍率下循环的电化学反应阻抗Rct的增加.采用几种不同价态的金属离子复合掺杂是改善嵌锂的镍钴锰系金属氧化物的倍率放电能力的有效途径.

关键词： lini0.4co0.2mn0.4o2 层状结构钛镁复合掺杂倍率特性锂离子电池