【《锂含量对三元材料性能影响的实验探究案例》3000字】

第第[101]。从图3-2中可以看出，不同锂过量百分比下合成材料衍射峰峰型及位置基本一致，均没有明显的杂质峰存在，具有α-NaFeO2层状结构，属六方晶系，空间点群为R3m。所有材料的(006)/(102)与(108)/(110)两对衍射双峰分裂的比较明显，衍射峰峰型也较尖锐，说明材料有良好的结晶度且层状结构完整。通常，我们用晶体的c/a半定量的解释材料层状结构发育的完整性，当c/a的值趋近于4.96时，便可判定材料的层状结构发育良好。从表中来看，随着锂含量的增加材料的c/a值呈现先增大后减小的趋势，当锂过量百分比达到15%时，c/a值达到了4.959说明此材料的层状结构有序程度较高。随着Li含量的增加，材料的I(003)/I(104)值也呈现先增大后减小的趋势，样品NCM523-15%材料的I(003)/I(104)值为1.293，其余不同锂过量比例材料的I(003)/I(104)值都比它小，离子混排度最低，可推测其电化学性能相对较好。表3-1不同锂过量百分比下制备的NCM523的晶格参数Tab.3-1ThelatticeparametersofNCM523preparedunderdifferentlithiumexcesspercentages锂过量百分比a/nmc/nmc/aI(003)/I(104)10%0.287351.424254.95651.16715%0.287401.425324.95941.29320%0.287661.425094.95411.1811.3锂含量对NCM523电化学性能的影响接下来我们要通过测试材料的首次充放电曲线、充放电比容量、循环稳定性以及倍率性能等几个方面，来研究不同锂过量比例对三元材料电化学性能的影响。不同锂过量百分比的NCM523材料的0.1C倍率下首次充放电曲线如图3-3；对应的计算数据列于表3-2。图3-4为不同锂过量百分比NCM523材料的充放电循环性能曲线。由图3-3可知各样品首次充放电曲线形状一致，曲线比较平滑。锂过量10%的三元NCM523材料的首次放电比容量最小，仅为101.2mAh/g，这与晶体结构分析所得结果一致。图3-3不同锂过量百分比NCM523材料的首次充放电曲线(0.5C)Fig.3-3ThefirstchargeanddischargecurveofNCM523materialwithdifferentlithiumexcesspercentage(0.5C)表3-2不同锂过量百分比制备的NCM523的首次充放电比容和库伦效率Tab.3-2Thefirstcharge-dischargespecificcapacityandcoulombicefficiencyofNCM523preparedwithdifferentlithiumexcesspercentages锂过量百分比10%15%20%充电比容量(mAh/g)102.3150.0111.6放电比容量(mAh/g)101.2131.2112.0库伦效率(%)98.988.898.6由表3-2可知，随着锂过量百分比从10%增至15%，材料的放电比容量从101.2mAh/g增至131.2mAh/g，这是由于在高温煅烧过程中会有少量锂挥发，10%的锂过量百分比不足以弥补挥发掉的锂，造成材料反应不完全，适当增大锂过量百分比可提高材料的放电比容量和库伦效率。但是，锂过量百分比不是越大越好，当其增至20%时，放电比容量下降至112.0mAh/g。这是由于过量的锂会在正极材料表面附着，与空气中的二氧化碳和水反应生成残碱，加剧电解液与正极材料的副反应，此外晶格中过量的锂会阻碍锂离子的正常脱嵌，影响正极材料的电化学性能。虽然首次放电效率没有什么太大的规律，但是效率都还可以，放电容量基本符合预期的结果。从循环性能图中可以看出在0.5C放电倍率条件下样品NCM523-15%材料的放电容量最高，100个循环平均放电容量可以达到117.8mAh/g。图3-4不同锂过量百分比制备的NCM523充放电容量及循环性能(0.5C)Fig.3-4Thechargeanddischargecapacityandcycleperformance(0.5C)ofNCM523preparedwithdifferentlithiumexcesspercentages从图3-4中数据可以计算出，样品NCM523-10%、NCM523-15%、NCM523-20%在循环100次后容量保持率分别为78.0%、94.4%以及85.3%。随着锂含量的增加，不同材料的放电容量呈现先增加后减小的趋势，容量保持率也呈现了这种趋势。样品NCM523-15%材料的放电容量达到了峰值，据此可以认为在一定范围内提高材料NCM523材料合成过程中锂的含量有利于改善材料的容量和循环性能。图3-5不同锂过量百分比NCM523的倍率性能曲线Fig.3-5RateperformancecurveofNCM523withdifferentlithiumexcesspercentages表3-3不同锂过量百分比制备的NCM523材料倍率性能参数Tab.3-3TherateperformanceparametersofNCM523materialspreparedwithdifferentlithiumexcesspercentages锂过量百分比0.1C(mAh/g)0.2C(mAh/g)0.5C(mAh/g)1C(mAh/g)容量保持率(1C/0.1C)第二个0.1C(mAh/g)10%120.5115.091.774.862.1111.315%140.0129.7105.081.659.7128.020%127.0125.5104.581.564.2122.9为了更好地看出锂过量百分比对材料电化学性能的影响，对这三种材料进行了倍率性能的测试，测试结果被绘制于图3-5。其性能参数列于表3-3。从图中可以看出样品NCM523-15%材料有较好的倍率性能，在0.1C、0.2C、0.5C以及1C的倍率条件下放电容量分别可以达到140.0、129.7、105.0以及81.6mAh/g；还可以看出随着锂过量百分比的增加，在不同放电倍率下容量呈现先增大后减小的趋势，可以看出NCM523-15%三元材料的容量保持率相对较高。1.4本章小结本章通过实验研究不同锂过量百分比制备的三元材料NCM523进行XRD、SEM和充放电测试分析。将材料的煅烧条件控制在800℃、8h的条件下，研究不同锂过量百分比对NCM523材料的微观结构、形貌以及电化学性能的影响。结论如下：1、在800℃、8h的煅烧条件下合成的不同锂过量百分比的NCM523材料都是良好结晶度的层状α-NaFeO2结构完整，没有明显的杂质峰的存在。2、随着锂含量的增加，材料出现轻微的团聚现象，材料的I(003)/I(104)值也呈现先增大后减小的趋势，样品NCM523-15%材料的I(003)/I(104)值为1.293，其余不同锂过量比例材料的I(003)/I(104)值都比它小，离子混排度最低。3、在一定范围内增加锂的含量有助于提高NCM523材料的电化学性能。在0.5C倍率下，样品NCM523-15%材料的放电容量最高，100个循环平均放电容量可以达到117.8mAh/g；容量保持率为94.4%。4、NCM523-15%三元材料有较好的倍率性能，在0.1C、0.2C、0.5C以及1C的倍率条件下放电容量分别可以达到140.0、129.7、105.0以及81.6mAh