【正文】 C[J].RSC Advances,20xx,2:34233429 15 林和成，楊勇 . AlF3 包覆 鋰離子電池正極材料的結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)性能研究 [J]. 化學(xué)學(xué)報 , 20xx, 2: 104108 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科畢業(yè)論文 25 致 謝 本論文是在王麗老師的悉心指導(dǎo)下完成的。采用 XRD 和 SEM對 材料的結(jié)構(gòu)和 形貌進行表征，采用恒流充放電測試對材料的電化學(xué)性能進行表征。 0 5001020304050Z39。C后熱理溫度時，放電比容量比較接近且很平行。C、 450176。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科畢業(yè)論文 15 不同 包覆溶液 pH 值 的 影響 在前面的實驗確定了在 AlF3 的包覆量為 2wt.%時材料的首次充放電性能和倍率循環(huán)性能均有大幅提高，因此選定 AlF3 包覆量為 2wt.%，研究包覆溶液 pH 值 對 AlF3的包覆是否有影響。當(dāng) AlF3 包覆量為 2wt.%時，材料的 、 和 倍率下的放電比容量分別為 、 、 ， 分別較包覆前的、 、 、 、 。 圖 31為包覆量分別為 0%和 2%時材料的 XRD 圖譜。 本實驗采用 PHILPS XL30 型掃描電子顯微鏡對材料進行形貌分析，測試條件為：加速電壓 25KV，電子束能量， 30μA。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科畢業(yè)論文 5 2 實驗 實驗儀器與藥品 實驗藥品 實驗過程中用到的主要實驗藥品如下表 21 所示。 （ 3） 溶膠 凝膠法 溶膠 凝膠法是指采用將溶液膠凝化得到所需形狀的顆粒然后燒結(jié)分解得到目標(biāo)產(chǎn)物的方法。風(fēng)能，太陽能等可再生能源由于存在間接性和不穩(wěn)定性的特 點要求我們使用高效的儲能系統(tǒng)。用液相法對其進行 AlF3 包覆，采用XRD 和 SEM 對 材料的結(jié)構(gòu)和形貌進行表征，采用恒流充放電測試對材料的電化學(xué)性能進行表征。隨著全球工業(yè)化的發(fā)展，化石能源的枯竭以及人口的繼續(xù)增加，環(huán)境的污染和生態(tài)平衡的破壞越來越嚴(yán)重，能源短缺的問題越來越嚴(yán)重。 Tang 等 [9]采用碳酸鈉作沉淀劑，與化學(xué)計量比的硫酸錳、硫酸鎳、硫酸鈷溶液共沉淀，由碳 酸鹽前驅(qū)體預(yù)氧化，與碳酸鋰共混進行燒結(jié)可得 ， 該材料由一次納米單晶聚合成二次球狀粒子。因此本次主要研究 AlF3 包覆對富鋰錳基正極材料的影響。測試條件： CuKα靶，石墨過濾器，波長 ，掃描步長176。C 的恒溫水浴鍋中，保溫 10min，并且保持轉(zhuǎn)速 300r/min，而后將富鋰錳基正極材料 加入到 NH4F溶液中，繼續(xù)攪拌，待混合均勻后將 Al(NO3)3 溶液逐滴加入到混合溶液；保持滴加時間為 30min，待滴加完成 調(diào)節(jié)溶液 pH為 9， 繼續(xù) 陳 化 4h，而后過濾、洗滌 3 次后，轉(zhuǎn)入烘箱， 90176。 0 50 100 150 200 250 300 3502 .02 .53 .03 .54 .04 .55 .0 Voltage (V vs.Li/Li+)S pe ci f i c capa ci t y ( m A h/g ) pris t ine 1w t . % 2w t . % 3w t . % 4w t . % C 圖 33 未包覆和不同 AlF3 包覆量樣品在 下 的 首次充放電曲線 表 31 未包覆和不同 AlF3 包覆量樣品在 下 的 首次充放電比容量 及效率 （2）倍率放電性能 圖 34 為未包覆材料和不同包覆量材料在 電壓范圍內(nèi)， 、 、和 不同倍率下的充放電曲線。在包覆量為 2wt%時，界面阻抗半圓最小，材料的電化學(xué)性能最好。 不同熱處理溫度的影響 在前面的實驗確定了在 AlF3 的包覆量為 2wt.%且包覆溶液 pH 為 9 時材料的首次充放電性能和倍率循環(huán)性能均有大幅提高，因此選定在 AlF3 包覆量為 2wt.%，包覆溶液 pH 為 9，研究包覆完成后，熱處理溫度對材料電化學(xué)性能的影響。而在 和 倍率放電時，在 350176。C 時，雖然首次放電比容量不是很高，但在循環(huán)過程中容量衰減是最慢的。C 時，材料的循環(huán)性能較好。 (1x)LiMO2 electrodes (M=Mn、 Co、 Ni)in lithium batteries at 50176。王老師平易近人使得我們的交流氛圍十分活躍，更加激發(fā)了我的思維，使我在試驗中有更多的靈感。 （ 2）研究了不同包覆溶液 pH 值材料電化學(xué)性能的影響。/ ohm p ri st i n e 3 5 0 ℃ 4 0 0 ℃ 4 5 0 ℃ 5 0 0 ℃ 圖 313 未包覆與 2wt%AlF3 包覆量在不同后處理溫度樣品的交流阻抗譜 圖 313 顯示 熱處理溫度為 400176。C 時，在不同倍率下放電比容量都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在熱處理溫度為400176。最后 將包覆好的材 料制作成電池后在 電壓范圍內(nèi)進行測試。最后 將包覆好的材料制作成電池后在 電壓范圍內(nèi)進行測試。包覆 AlF3后材料的倍率性能的提高可能與 AlF3包覆層加快了電 荷轉(zhuǎn)移速率有關(guān)，包覆量太多又阻礙了電荷的轉(zhuǎn)移 [5]。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科畢業(yè)論文 9 10 20 30 40 50 60 70 80 Intensity / a.u.2 θ / 176。C 干燥 30min，然后進行沖孔得到正極極片。具體制備過程如下：按一定的配比稱取一定量富鋰錳基正極材料前驅(qū)體 (OH)2 和 Li2CO3，在研缽中加入適量無水乙醇進行研 磨，使前驅(qū)體與鋰源充分混合均勻，待無水乙醇充分揮發(fā)完全后，將混合物放入瓷舟中，在箱式爐中進行 500176。為了改善其各項性能，現(xiàn)在主要采用表面包覆、體相摻雜和顆粒納米化等方法。 目前研究比較集中的鋰離子電池正極材料主要有具有層狀結(jié)構(gòu)的 LiCoO LiNiO2和 LiMnO2，尖晶石型結(jié)構(gòu)的 LiMn2O4 和橄欖石型的 LiFePO4。C 時，材料的首次充放電性能和倍率放電性能最好。 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................錯誤 !未定義書簽。研究認(rèn)為這個 平臺是富鋰錳 基正極材料中Li2MnO3 組分的電化學(xué)活化過程，被稱為富鋰錳基正極材料的特征曲線。但是通過 TOFSIMS（飛行時間二 次離子質(zhì)譜）分析發(fā)現(xiàn)， 上包覆的 Al2O3 會從 AlOF 化合物逐漸的轉(zhuǎn)變?yōu)锳lF3。在一定攪拌速率下將配置的所需量 Al(NO3)3但是如果材料表面包覆量過少，包覆層難以完全包覆材料顆粒，同時難以抵擋在循環(huán)過程中 HF 的侵蝕，影響材料的電化學(xué)性能；而如果包覆量過多，形 成的保護層厚度太大，由于 AlF3 保護層沒有電化學(xué)活性，影響材料的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，使鋰離子傳輸變慢且效率低下，從而降低材料的電化學(xué)性能。未包覆和不同包覆量樣品在 時的首次充放電比容量分別為 （ 0wt.%）、 （ 1wt.%）、 （ 2wt.%）、（ 3wt.%）和 （ 4wt.%），可 見包覆前后材料的首次充電比容量變化不大，最大相差 ，而首次放電比容量由原來的 3wt.% 4wt.% 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科畢業(yè)論文 11 增加到 （ 包覆量為 2wt.%） ，增加了 ，首次充放電效率也由原來的 %增加到 %，增加了將近 15%。39。 而在包覆溶液 pH 為 時，包覆材料 倍率下 50 次循環(huán)后放電比容量 最低 ，可能是由于 pH 值太高， Al3+發(fā)生反應(yīng)，生成河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科畢業(yè)論文 18 Al(OH)3，影響了 AlF3 的結(jié)構(gòu)和致密度。C ） 首次充電比容量（ mAh/g） 首次放電比容量 （ mAh/g） 首次 充 放電效率 （ %） 未包覆 350 400 450 500 不同熱處理溫度對材料倍率性能的影響 下圖為未包覆材料和 包覆 材料在 電壓范圍內(nèi)， 、 、和 不同倍率下的 倍率 性能曲線 。C ) 放電比容量 （ mAh/g） 未包覆 153 350 400 450 500 172 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆 本科畢業(yè)論文 21 不同熱處理溫度對材料循環(huán)性能的影響 0 10 20 30 40 50100110120130140150160170180190200210220230240250 pris t ine 350 ℃ 400 ℃ 450 ℃ 500 ℃Specific capacity (mAh/g)C y cl e num be r C 圖 312 未包覆和 不同 熱 處理溫度下包覆 材料 在 循環(huán)性能曲線 表 39 未包覆和 不同 熱 處理溫度下包覆 材料 在 首次放電比容量及 50 次循環(huán)后的容量保持率 。 綜上，在包覆量為 2wt.%前提下，包覆溶液 pH 為 ，熱處理溫度為 400176。C 時，材料的循環(huán)性能最好，在 倍率下 50 次循環(huán)后放電比容量由 。 感謝陳丹、林丹和劉桂娟學(xué)姐的 幫助，感謝三位學(xué)姐在實驗過程中給予的大力幫助，讓我更快的熟悉實驗步驟和應(yīng)注意的問題，讓我受益匪淺。發(fā)現(xiàn)當(dāng)熱處理為 4000C 時AlF3 與材料的結(jié)合最好。C 和 500176。C 時 AlF3 與材料的結(jié)合最好，電化學(xué)性能最好。從放電曲線可以看出剛開始放電時，包覆后的材料放電 曲線比較很接近。在不同 pH值溶液中材料的首次放電效率相差不大，說明 pH 值對 AlF3的包覆材料的首次放電比容 量影響較小，在 pH 為 時，放電曲線下降最緩，包覆材料的首次放電比容量最高。 0 10 20 30 40 5010011