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編輯推薦: |
本书以作者在富锂锰基正极材料领域的研究成果为基础,对富锂锰基正极材料的合成、表征和电化学性能,以及纳米结构富锂锰基正极材料的制备、掺杂和包覆改性进行了系统的研究和探索,旨在为新型高容量的锂离子电池正极材料的设计、开发和改性提供研究思路和方法。
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內容簡介: |
本书以作者在富锂锰基正极材料领域的研究成果为基础,对富锂锰基正极材料的合成、表征和电化学性能,以及纳米结构富锂锰基正极材料的制备、掺杂和包覆改性进行了系统的研究和探索。主要内容包括:富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 纳米板材料,富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 纳米板材料,Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 单晶纳米颗粒材料,Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 单晶纳米颗粒材料,超薄Li4Ti5O12 异质外延包覆改性富锂锰基Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 复合纳米材料,超薄Li4Ti5O12 异质外延包覆改性富锂锰基Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 复合纳米材料,旨在为新型高容量的锂离子电池正极材料的设计、开发和改性提供研究思路和方法。本书可供新能源材料研究领域的科研技术人员学习使用,也可供高等院校、高职院校新能源材料相关专业的师生参考。
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目錄:
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第1章 绪论 1
1.1 概述2
1.2 锂离子电池3
1.3 锂离子电池富锂锰基正极材料5
1.3.1 锂离子电池富锂锰基正极材料的结构和电化学性能 5
1.3.2 锂离子电池富锂锰基正极材料的合成方法 7
1.3.3 锂离子电池富锂锰基正极材料的表征方法 10
1.3.4 锂离子电池富锂锰基正极材料的电化学性测试方法 12
1.4 锂离子电池富锂锰基正极材料电化学性能的优化 13
1.4.1 富锂锰基固溶体材料xLi2MnO3-(1-x)LiMO2 的掺杂改性 14
1.4.2 富锂锰基固溶体材料xLi2MnO3-(1-x)LiMO2 的表面包覆改性 15
1.4.3 制备特殊纳米结构和形貌的xLi2MnO3-(1-x) LiMO2 17
1.5 本书的研究目的及主要内容 18
参考文献 22
第2章 富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 纳米板材料 25
2.1 富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 纳米板材料的合成 27
2.2 富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 纳米板材料的组成和结构表征 28
2.3 富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 纳米板材料的电化学性能 30
参考文献 35
第3章 富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 纳米板材料 38
3.1 富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 纳米板材料的合成 40
3.2 富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 纳米板材料的组成和结构表征 40
3.3 富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 纳米板材料的电化学性能 43
参考文献 50
第4章 Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 单晶纳米颗粒材料 52
4.1 Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 单晶纳米颗粒的合成 54
4.2 Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 单晶纳米颗粒的组成和结构表征 54
4.3 Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 单晶纳米颗粒的电化学性能 59
参考文献 62
第5章 Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2单晶纳米颗粒材料 66
5.1 Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 单晶纳米颗粒的合成 68
5.2 Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 单晶纳米颗粒的组成和结构表征 68
5.3 Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 单晶纳米颗粒的电化学性能 75
参考文献 80
第6章 超薄Li4Ti5O12 异质外延包覆改性富锂锰基Li1.2Ni0.2Mn0.6O2复合纳米材料 83
6.1 富锂锰基正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2 的合成及包覆改性 86
6.1.1 富锂锰基正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2 的合成 86
6.1.2 Li4Ti5O12 异质外延包覆改性富锂锰基Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 复合材料的合成 86
6.2 共沉淀法制备富锂锰基正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2 87
6.2.1 不同x 值对富锂锰基正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2 结构的影响 87
6.2.2 不同x 值对富锂锰基正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2 形貌的影响 88
6.2.3 不同x 值所得富锂锰基正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2 的组成 89
6.2.4 不同x 值对富锂锰基正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiNi0.5Mn0.5O2 电化学性能的影响 90
6.3 富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 的合成、结构及其电化学性能 91
6.3.1 不同烧结温度对富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 结构和电化学性能的影响 92
6.3.2 不同烧结时间对富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 的结构和电化学性能的影响 95
6.4 溶剂热法合成LTO 薄膜外延包覆改性Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 复合纳米材料 99
6.4.1 溶剂热条件对LTO@LLNMO 复合材料的影响 100
6.4.2 包覆后烧结条件对LTO@LLNMO 复合材料的影响 113
6.4.3 原料钛酸四丁酯的用量对LTO@LLNMO 复合材料的影响 126
6.5 最优条件下LTO@LLNMO 复合材料的界面结构及锂离子脱嵌机理130
6.5.1 LTO 薄膜外延包覆改性LTO@LLNMO 复合材料的界面结构及其组成 130
6.5.2 LTO 薄膜外延包覆改性LTO@LLNMO 复合材料的电化学性能 133
6.5.3 循环过程中复合材料的结构转变和锂离子脱嵌机理 135
参考文献139
第7章 超薄Li4Ti5O12 异质外延包覆改性富锂锰基Li1.2Ni0.13Co0.13-Mn0.54O2 复合纳米材料 142
7.1 富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 的合成及包覆改性144
7.1.1 富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 的合成 144
7.1.2 Li4Ti5O12 异质外延包覆改性富锂锰基Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 复合材料的合成 144
7.2 Li4Ti5O12 异质外延包覆改性富锂锰基Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 复合纳米材料的组成和结构表征145
7.3 Li4Ti5O12 异质外延包覆改性富锂锰基Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 复合纳米材料的电化学性能152
参考文献 158
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內容試閱:
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随着全球经济快速增长和科学技术迅猛发展,以煤、石油、天然气为主的化石能源消耗殆尽,价格逐年上涨,能源危机日趋严重;由化石燃料的燃烧造成的环境污染日趋严重,同时,CO2 大量排放使全球气候变暖,人类生存环境受到了严重威胁。另外,随着社会的进步和科学技术的发展,各国汽车保有量和需求量高速增长,传统燃油汽车尾气的排放也是造成环境恶化的一大因素。因此,近几十年来,各个国家都在致力于寻求新能源来替代化石燃料解决能源问题,如太阳能、风能和水能等。但是,这些新能源存在地域限制并且不能连续供给,因此,能量存储就成为大力开发和利用新能源的关键问题。
电池是一种电能和化学能相互转化的装置,主要用于解决新能源开发和利用时能量储存的问题。同样,将电池用于汽车行业,生产制造出来的新能源电动汽车能够降低汽车燃料消耗量,减少尾气排放,改善大气环境。电池为电动汽车提供动力和能源,是电动汽车最关键的组成部分。
自1991 年锂离子电池进入市场后,其就以较高的工作电压和能量密度、较长的循环寿命、极低的月自放电率及无记忆效应等优点,迅速取代了传统二次电池,如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等。在锂离子电池系统中,由于正极材料的容量远远低于负极材料的容量,导致整个电池的容量主要依赖于正极材料。现有的正极材料主要为含锂的过渡金属氧化物,相较于负极材料,其成本较高,是锂离子电池成本居高不下的主要原因。因此,锂离子电池正极材料成为研究者们关注的焦点。
研究发现,锂离子电池正极材料的电化学性能与材料的结晶度、材料的颗粒尺寸、微观形貌等因素密切相关。而纳米结构材料能够提高锂离子电池材料的电化学性能,主要是因为纳米材料的尺寸较小,能够有效地缩短锂离子的扩散距离,纳米颗粒内具有高速的电子转移反应,纳米材料具有比块体材料更大的比表面积,与电解液的接触面积更大,有更多的电荷转移反应位点,同时,纳米材料还能在一定程度上缓解锂离子嵌入和脱出时发生的应力变化。
富锂锰基正极材料xLi2MnO3-(1-x)LiMO2(M=Ni、Co、Mn 或镍钴锰复合物中的一种或两种),在充电电压大于等于4.5V 时,比容量将超过250mA·h·g-1,能量密度能够达到约900W·h·kg-1,是目前能量密度最高的锂离子电池正极材料。另外,富锂锰基正极材料中大量使用了成本较低的Mn 元素,既能降低电池的成本,又能提高安全性和环境友好性。虽然富锂锰基正极材料具有高的比容量,但在实际应用过程中仍存在一定的问题,如首次充放电效率较低,倍率性能和循环寿命不佳,循环过程中产生电压降,循环过程伴随氧的析出,以及产生安全隐患等问题。
基于上述问题,本书对富锂锰基正极纳米结构材料的合成、表征及电化学性能进行了研究,并对富锂锰基正极材料进行掺杂改性和表面包覆改性进行了系统的研究和探索。全书是以作者在富锂锰基正极材料领域的研究成果为基础撰写而成,主要内容包括:富锂锰基正极Li1.2Ni0.2-Mn0.6O2 纳米板材料,富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 纳米板材料,Na 离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 单晶纳米颗粒材料,Na离子掺杂改性富锂锰基正极Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 单晶纳米颗粒材料,超薄Li4Ti5O12 异质外延包覆改性富锂锰基Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 复合纳米材料,超薄Li4Ti5O12 异质外延包覆改性富锂锰基Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2复合纳米材料。
本书由李继利负责编写,洛阳理工学院的唐春娟和余东升负责全书的审校工作。本书的出版得到洛阳师范学院徐春莺的鼎力帮助,同时得到国家自然科学基金(51702148)和河南省高等学校青年骨干教师培养计划(2019GGJS244)的资助,在此深表感谢。
由于水平限制和富锂锰基正极材料领域的快速发展,书中难免存在不足和疏漏之处,敬请读者批评指正。
著者
2022年1月
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