1、 I 万方数据 微信公共号：材料匠 86 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。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 年 月 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州师范大学有关保留、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； 本人授权贵州师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数
2、据库进 行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编学位论文。 （保密论文在解密后应遵守此规定） 论文作者签名： 导师签名： 年 月 日 万方数据 微信公共号：材料匠 i 目录 摘要 Abstract 第一章 绪论 . 1 1.1 锂离子电池的结构和工作原理及特点 . 2 1.1.1 锂离子电池的结构和工作原理 2 1.1.2 锂离子电池的特点 . 3 1.2 锂离子电池正极材料的研究现状 4 1.2.1 层状氧化物正极材料 . 5 1.2.2 三元复合层状氧化物 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 . 8 1.3 本文的选题意义和研究内容 13 第二章 实验部分 . 15 2.
3、1 实验药品 . 15 2.2 电极的制备 . 15 2.3 实验仪器及使用方法 . 16 2.3.1 氧气气氛下的高温烧结装置 . 16 2.3.2 X-射线粉末晶体衍射技术（XRD） 16 2.3.3 热分析 . 17 2.3.4 扫描电子显微技术（SEM） . 17 2.3.5 粒度分析 . 18 万方数据 微信公共号：材料匠 ii 2.4 材料的电化学表征 18 2.4.1 电极制备 . 18 2.4.2 电池组装 . 19 2.4.3 充放电性能测试 . 20 2.4.4 交流阻抗测试（EIS） . 20 第三章 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2制备及性能表征、包覆改性 . 2
4、2 3.1 正极材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备 22 3.2 结果与讨论 23 3.2.1 Y2O3包覆对 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料结构影响 23 3.2.2 Y2O3包覆对 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料形貌的影响 24 第四章 商业 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的表面包覆改性研究 . 27 4.1 Y2O3包覆正极材料 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 27 4.1.1 Y2O3包覆过程 . 27 4.1.2 结果与讨论 . 28 4.2 YPO4包覆正极材料 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的研究 3
5、6 4.2.1 YPO4包覆过程 36 4.2.2 结果与讨论 . 36 4.3 Al2O3包覆正极材料 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的研究 43 4.3.1 Al2O3包覆过程 43 万方数据 微信公共号：材料匠 iii 4.3.2 结果与讨论 . 44 4.4 AlPO4包覆正极材料 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的研究 . 50 4.4.1 AlPO4包覆过程 . 50 4.4.2 结果与讨论 . 50 4.3 不同包覆材料对 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的影响 . 57 第五章 球形 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的制备及其电化学性能 5
6、9 5.1 材料制备 59 5.2 前驱体的表征 60 5.2.1 前驱体的 SEM 分析 60 5.2.2 前驱体的 XRD 分析 61 5.2.3 前驱体的粒度分析 61 5.2.4 前驱体热分析 . 62 5.3 合成条件优化 63 5.3.1 烧结时氧气流量对材料 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的影响 . 63 5.3.2 煅烧温度对材料的影响 . 65 5.3.3 锂/金属配比值对材料 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的影响 67 5.3.4 烧结时间对材料 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的影响 . 69 5.4 优化条件下合成材料 LiNi0.8C
7、o0.15Al0.05O2性能分析 71 5.4.1 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料的结构分析 . 71 万方数据 微信公共号：材料匠 iv 5.4.2 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的形貌分析 . 72 5.3.3 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料的电化学性能 . 73 第六章 结论与展望 . 75 6.1 结论 75 6.2 展望 76 参考文献 . 77 致谢 . 85 万方数据 微信公共号：材料匠 v 摘要摘要 目前锂离子电池正极材料 LiCoO2仍占据市场主导地位。由于其具有 毒性大、 安全性差和成本较高等问题， 研究者正致力于寻找可替代 L
8、iCoO2 的新型正极材料。而三元复合 LINil/3Col/3Mnl/3O2具有和 LiCoO2的相似结 构， 因自身安全性高， 可逆容量高和低成本的优势， 成为最可能的 LiCoO2 替代品。本文在最优条件下采用共沉淀法合成 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 材料， 并对其进行包覆改性研究。 采用氢氧化物共沉淀法合成了 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 材料， 最佳制备工 艺条件条件为：PH=11.0，氨水浓度 0.5 mol L-1；材料煅烧条件为：Li/M 1.05，空气中 200预烧 3h,450预烧 5h,之后 900煅烧 15h。此条件 合成的 LiNi1/3Co1/
9、3Mn1/3O2 材料在 2.54.5V 范围内以 20mA g-1 的电流 密度充放电，首次放电容量为 183mAh g-1，40 次循环容量保持率为 88.9%。 ,采用 Y2O3对 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2进行包覆研究以改善其循环特性， 通 过 SEM 、 XRD 、 充 放 电 测 试 等 手 段 ， 考 察 了 不 同 包 覆 量 对 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结构和电化学性能的影响。结果显示包覆并没有改变 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构; 确定 Y2O3包覆量以 0.5wt%为最佳，随着包覆 量的增加，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的
10、首次放电容量逐渐降低，在 0.1C、 2.5V4.5V 下， 0.5wt% Y2O3包覆 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的首次放电 比容量为 196.4mAh/g，40 次循环后容量保持率为 99.3%。 以商品化正极材料 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2为原料，采用共沉淀法选择 Y2O3、YPO4、Al2O3、AlPO4分别对 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2进行包覆研究。X 射线衍射分析结果显示包覆 0.5wt%Y2O3、0.25wt%YPO4、0.5wt% Al2O3、 0.5wt% AlPO4后，LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的层状结构良好、镍锂混排
11、程度降 低。 以0.1C倍率循环50次后的放电容量分别为190.5 mAh/g、 185.9mAh/g、 191.3 mAh/g、196.1 mAh/g，均高于未包覆材料的 173.5mAh/g，容量保持 率分别为 98.9%、 95.0%、 99.1%、 96.9%， 均明显高于未包覆材料的 92.3%。 采用共沉淀-喷雾干燥法制备了锂离子电池球形LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正 极材料, 通过 X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、充放电测试等手段， 考察了氧气流量、煅烧烧温度、配锂量和煅烧时间对材料性能的影响。通 过TG、XRD、SEM和电化学测试对材料的晶体结构、形貌
12、及电化学性能 进行了测试和表征。 结果表明材料具有良好的层状结构， 球形颗粒粒径约 10m； 在30下， 2.5-4.3V循环， 以20mA/g首次放电比容量达186.3 mAh/g， 循环50圈后容量保持率为84.1%。 万方数据 微信公共号：材料匠 vi 关键词：关键词：锂离子电池；共沉淀法；共沉淀-喷雾干燥法；包覆； LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2；LiNi0.8Co0.15Al0.05O2;正极材料 万方数据 微信公共号：材料匠 vii Abstract The current lithium ion battery cathode material LiCoO2 is sti
13、ll dominant. Due to its high toxicity, poor safety and high cost, researchers are looking for new cathode materials which can substitute for LiCoO2. While ternary composite LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 have similar structure to LiCoO2, and its advantage of high safety, high reversible capacity and low cost, it could become a viable alternative to LiCoO2. This article is reviews
