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《富鋰錳氧鋰離子電池正極材料的表面改性與應(yīng)用研究》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、分類號(hào):O469單位代碼:10183研究生學(xué)號(hào):2015321006密級(jí):公開(kāi)富鋰錳氧鋰離子吉林大學(xué)博士學(xué)位論文電池正極材料的表面改性與應(yīng)用研究邊筱扉邊筱扉吉林大學(xué)2018年5月富鋰錳氧鋰離子電池正極材料的表面改性與應(yīng)用研究SurfaceModificationsandApplicationsofLi-richMn-basedCathodeMaterialsforLithiumIonBatteries作者姓名:邊筱扉專業(yè)名稱:凝聚態(tài)物理研究方向:鋰離子電池材料指導(dǎo)教師:魏英進(jìn)學(xué)位類別:理學(xué)博士培養(yǎng)單位:物理學(xué)院論文答辯日期
2、:2018年5月31日授予學(xué)位日期:年月日答辯委員會(huì)組成:姓名職稱工作單位主席邢巍研究員長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所委員尉海軍教授北京工業(yè)大學(xué)鄒勃教授吉林大學(xué)陳崗教授吉林大學(xué)王春忠教授吉林大學(xué)未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán),依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個(gè)人,均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用(但純學(xué)術(shù)性使用不在此限)。否則,應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)博士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交學(xué)位論文,是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得
3、的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:日期:年月日中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》投稿聲明研究生院:本人同意《中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》出版章程的內(nèi)容,愿意將本人的學(xué)位論文委托研究生院向中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)電子雜志社的《中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》投稿,希望《中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》給予出版,并同意在《中國(guó)博碩士學(xué)位論
4、文評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)》和CNKI系列數(shù)據(jù)庫(kù)中使用,同意按章程規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。論文級(jí)別:□碩士■博士學(xué)科專業(yè):凝聚態(tài)物理論文題目:富鋰錳氧鋰離子電池正極材料的表面改性與應(yīng)用研究作者簽名:指導(dǎo)教師簽名:年月日作者聯(lián)系地址:吉林省長(zhǎng)春市前進(jìn)大街2699號(hào)吉林大學(xué)前衛(wèi)南區(qū)物理學(xué)院唐敖慶B區(qū)作者聯(lián)系電話:0431-85155126內(nèi)容提要富鋰錳氧化合物是具有重要應(yīng)用前景的高比能鋰離子電池正極材料。然而,這類材料本身較低的鋰離子導(dǎo)電率、電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)相變以及高電壓下電極與電解液之間的副反應(yīng)等問(wèn)題制約了其商業(yè)化應(yīng)用。為了解決上述問(wèn)題,
5、本論文首先采用鋰離子導(dǎo)體Li3PO4對(duì)富鋰錳氧正極材料進(jìn)行表面包覆,表面包覆層不僅為鋰離子的傳輸提供了順暢的通道,還在材料表面形成了均勻的隔離層,阻止了活性物質(zhì)和電解液的直接接觸,提高了材料的電化學(xué)性能。隨后,我們采用同樣是鋰離子導(dǎo)體的硼氧化物L(fēng)i2O-LiBO2-Li3BO3作為表面包覆物質(zhì),同時(shí)利用質(zhì)子交換反應(yīng)在材料表面生成了層狀-尖晶石異質(zhì)結(jié)構(gòu)。一方面表面尖晶石相可以穩(wěn)定材料的晶體結(jié)構(gòu),調(diào)控材料在電化學(xué)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)相變;另一方面表面硼酸鹽包覆層能夠促進(jìn)鋰離子在電極表面/界面處的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)性能,二者協(xié)同作用使材料的電
6、化學(xué)性能得到提升。進(jìn)一步,我們選取氟化物BiOF作為富鋰錳氧材料的表面包覆物質(zhì),同樣采用質(zhì)子交換反應(yīng)在材料表面構(gòu)建層狀-尖晶石異質(zhì)結(jié)構(gòu)。BiOF包覆層有效地抑制了電解液的分解,提高了材料的熱安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,使富鋰錳氧材料的電化學(xué)性能得到顯著提高。為了推動(dòng)富鋰錳氧正極材料的實(shí)際應(yīng)用,我們采用氮化鋰(Li3N)作為富鋰錳氧正極材料的鋰源補(bǔ)充劑和電極穩(wěn)定劑,在與石墨負(fù)極結(jié)合后,全電池的放電容量提高了10%,且電池的循環(huán)穩(wěn)定性明顯改善。最后,我們嘗試在富鋰錳氧金屬鋰電池中應(yīng)用聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)基凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì),采用
7、二維層狀材料氮化硼(BN)作為電解質(zhì)添加劑,不僅提高了聚合物電解質(zhì)的鋰離子導(dǎo)電率,也提高了其機(jī)械強(qiáng)度,獲得了優(yōu)異的電化學(xué)性能。本論文不僅為富鋰錳氧正極材料的表面改性研究提供了新的思路,還對(duì)其在鋰離子電池中的實(shí)際應(yīng)用提供了可行的技術(shù)途徑。I中文摘要富鋰錳氧鋰離子電池正極材料的表面改性與應(yīng)用研究論文作者:邊筱扉指導(dǎo)教師:魏英進(jìn)教授專業(yè)名稱:凝聚態(tài)物理鋰離子電池具有能量密度高、功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)和無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),自問(wèn)世以來(lái),被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。眾所周知,鋰離子電池的能量密度、功率密度和成本在很大程
8、度上取決于正極材料,因此尋找高比能、低成本的正極材料顯得尤為重要。在這個(gè)背景下,富鋰錳氧正極材料在近年來(lái)得到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。這類材料具有高容量、高能量密度和原料豐富等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最具有應(yīng)用潛力的動(dòng)力鋰離子電池正極材料之一。但富鋰錳氧正極材料的離子導(dǎo)電率較低且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,致使這類材料的放電比容