毕设答辩汇报演示讲述.pptx

LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的合成工艺 优化及稀土离子掺杂改性研究 汇 报 人：霍文 指导老师：张卫华 论文提纲 1 2 3 4 课题研究背景及实验内容 雾化热分解合成LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的工艺优化实验 NCM523正极材料的稀土离子掺杂改性实验 结论 LiCoO2 的理论比容量为274mAh/g，但实际充放电过程中，LiCoO2 中的可逆脱嵌的Li+仅为0.5 个单元，因此其实际容量为140mAh/g。 LiNiO2比LiCoO2便宜，容量可达130mAh/g以上，但镍很难氧化为Ni4+，易产生缺锂的氧化镍锂，热处理温度过高氧化镍锂容易分解，实际上很难批量制备层状结构良好的氧化镍锂。 LiMn2O4成本低，但高倍率下容量只能达到90mAh/g，且容易由于锰的溶解、杨-泰勒效应而发生缓慢衰减。 LiNixCoyMnzO2系列材料综合了LiNiO2的高比容量，LiCoO2良好的循环性能，及LiMnO2的低成本等优点，使镍钴锰元素发挥协同效应，形成一个三种嵌锂氧化物的共熔体，使其综合性能优于单一组分，各个元素的比例对于三元材料的电化学性能影响较明显。 选题背景 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的合成工艺优化——前驱体产率优化 如何提高前驱体产率？ （1）该冲击雾化为超声雾化 （2）重新确定前驱体溶液配比 （3）向溶液中加入气液表面扩张剂。 （3）改变前驱体粉末收集方式，降低收集过程中的损耗 ? 原工艺 优化工艺 雾化方式 溶液配比 粉体收集 雾化效率 前驱体产率 损耗率 冲击雾化 3.4%水溶液 干法100℃恒温 9g/h 0.15g/h 50% 超声雾化 3.66%H2O-乙醇溶液 饱和Li2CO3溶液收集 28g/h 0.67g/h 30% LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的合成工艺优化 优化工艺合成的前驱体性能评价 表3-2 前驱体EDS元素含量分析 元素 重量百分比 原子百分比 Mn 26.23 27.56 Co 23.02 22.55 Ni 50.75 49.89 表面褶皱不规则颗粒，800nm~1500nm 前驱体中镍钴锰组分基本符合5：2：3 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的合成工艺优化 优化工艺合成的前驱体性能评价 图3-5 850℃超声雾化热分解NCM523前驱粉体循环性能曲线 18.92°，38.23°，44.52°，64.49°附近出现了α-NaFeO2型层状结构特征峰的雏形，半峰宽比较大，64°附近分峰不明显，材料层状结构不完整。 I（counts) LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的合成工艺优化——锂补偿及热处理 热处理气氛影响显著性 图3-9 不同锂补偿比例条件下合成850℃-8h-KNCM样品充放电循环曲线 图3-10不同锂补偿比例合成850℃-8h-ONCM样品充放电循环曲线 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的合成工艺优化——锂补偿及热处理 图3-13 不同气氛下Li补偿-热处理XRD对比图：80%LiAc-O2样品与80%LiAc-空气样品均在18.5°，38.2°，44.5°，64.5°出现了明显的层状结构特征峰，半峰宽值减小， 64.46°与64.49°处出现了明显分峰，说明经锂补偿和热处理之后，材料层状结构完整性提高。 图3-14不同热处理气氛下80%LiAc补偿样品充放电循环曲线 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的合成工艺优化——锂补偿及热处理 I（counts) NCM523的高产化 i)前驱体溶液配方，乙酸锂:乙酸镍:乙酸钴:乙酸锰=10:5:2:3(摩尔比)为溶质，去离子水混合20%无水乙醇(气-液表面扩张剂)为溶剂，配制3.66wt% (按LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)前驱体溶液。 ii)将雾化方式由冲击雾化改为超声雾化之后，前驱体溶液雾化效率提高3倍，NCM523正极材料的产率提高3.5倍。 iii)改良前驱体收集工艺，以饱和Li2CO3溶液收集之后损耗率降低20%，NCM523散逸量降低，清洁环保。 NCM523前驱体锂补偿及热处理 管式炉通空气(5L/min)对NCM523前驱体进行80%LiAc (Li/NCM摩尔比)补偿电化学性能最佳，25℃下，3.0~4.5V电压范围，1C倍率首次放电比容量144.18mAh/g，50次循环后保持87.5%。 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的合成工艺优化——小结 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料——Y3+的掺杂 图4-3 不同比例Y3+掺杂NCM523充放电循环曲线 样品 a(nm) c(nm) c/a I(003)/I(