富锂三元正极材料0.5Li2MnO3·0.5LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的改性及其电化学性能的研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着科技的发展,人们对能源的需求越来越大,锂离子电池受到极大关注,并已被广泛应用于我们生活之中。在移动储能和为电动汽车提供动力方面,锂离子电池具有极大的前景,然而在使用的过程中,其循环寿命、倍率性能和安全性仍有待提高。与传统正极材料licoo2、lifepo4相比,富锂三元层状正极材料xli2mno3#8226;(1-x)limo2(m=ni,co,mn,ni1/2mn1/2,ni1/3mn1/3co1/3…)具有高的可逆比容量,较高的工作电压,原料中对环境有污染的钴占比较小,同时,目前钴矿资源不充足,可降低成本,被广泛认为是最具有前景的下一代锂离子电池正极材料。

富锂三元正极材料xli2mno3#8226;(1-x)limo2的结构可视为由limo2(斜方六面体r-3m)和li2mno3(单斜c2/m)两组分构成。已有报道证实,富锂三元正极材料的容量不仅源于limo2组分中阳离子的氧化还原反应,li2mno3组分中阴离子的氧化还原反应也提供了一部分容量。阴离子氧化还原反应包括主要发生在材料内部的可逆阴离子氧化还原(o2-→o2n-)和表面上的不可逆氧损失(o2-→o2)。当充电电压小于4.3v时,li2mno3组分无反应活性;超过4.4v时,li2mno3组分活化,li 由li2mno3组分脱出,同时伴随有晶格氧的逸出,形成氧空位,该过程不可逆,因此首圈充电容量能达到250ma h g-1而且不可逆容量较大。氧空位的形成会使过渡金属倾向于迁移到邻近的li层,导致结构重组,层状结构发生相变,转化为尖晶石状结构,这会占据锂位点,阻碍锂离子扩散,因此导致容量降低,电压衰减。已有研究表明,相变从表面开始,并且随着循环的进行逐渐发展到晶粒的内部。因此,实现材料结构稳定性,尤其是表面结构稳定性,从而阻止晶格氧释放,对于获得高性能正极材料,生产下一代锂离子电池是非常必要的。

为提高富锂三元正极材料的电化学性能,解决首圈不可逆容量较大,库仑效率较低(≤80%),并且在后续循环过程中电压和容量衰减较快的问题,许多研究对富锂三元正极材料进行了改性,如引进氧空位、离子掺杂和表面包覆等。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:采用沉淀法合成前驱体;通过对前驱体焙烧合成富锂三元正极材料0.5li2mno3#8226;0.5lini1/3co1/3mn1/3o2

材料改性:引入氧空位和离子掺杂。

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3. 研究计划与安排

第1-5周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第6-9周:按照设计方案,制备富锂三元正极材料li2mno3·limo2,并对合成的材料进行改性。

第10-13周:对合成的材料进行物相结构表征和电化学性能测试。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] xu m, fei l, lu w, et al. engineeringhetero-epitaxial nanostructures with aligned li-ion channels in li-rich layeredoxides for high-performance cathode application[j]. nano energy, 2017, 35:271.

[2] zheng j, myeong s, cho w, et al. li‐and mn‐rich cathode materials: challenges to commercialization[j]. advancedenergy materials, 2016, 7:1601284.

[3] wang f, borodin o, ding m s, et al.hybrid aqueous/non-aqueous electrolyte for safe and high-energy li-ionbatteries[j]. 2018.

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