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《中国工程物理研究院》 2017年
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高压下钴酸锂的结构和电学输运性质的研究

徐丛  
【摘要】:自从20世纪钴酸锂(Li_xCoO_2)被用做锂离子正极材料以来,锂离子电池因为其工作电压高,充放电时结构稳定,循环寿命长,重量轻,环境污染少等优点,被广泛地运用于移动电话,笔记本电脑,以及电动车等领域。正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料,高能密度,长循环寿命和高安全性正极材料现在已经成为电能源材料研究开发的重点。钴酸锂作为一种应用最早、最基础、最广泛的正极材料,仍然具有重要的研究价值,研究清楚其结构和电学性能之间的关系对于研究和开发更高效性能的正极材料具有重要的意义。本论文中我们通过多种实验技术手段,包括同步辐射X射线衍射,原位高压电输运性质测量等实验技术,系统地研究了高压条件下钴酸锂的结构变化,电输运性质变化,以及两者之间的关系,提出了合理的机制来揭示结构变化引起的电输运变化。另外还利用第一性原理计算了高压下钴酸锂的结构变化,能带结构变化,以及电子和空穴的行为等,并与实验的结果进行比较。具体的研究结果如下:首先我们通过原位的高压同步辐射X射线衍射对Li_(0.9)CoO_2高压下的晶体结构进行了系统的研究,结果表明该钴酸锂样品在实验的压力范围19.8GPa内结构非常稳定,无结构相变发生,但是进一步研究发现其晶胞结构在高压下沿c轴的压缩率约为沿a轴的压缩率1.9倍,这说明钴酸锂沿层方向更容易压缩。另外高压下晶胞中Co-O键长减小,使得钴氧电子云重叠变大,因此CoO_6八面体的晶体场劈裂能增加,压强越大,劈裂能也越大。其次由于钴酸锂是一种电极材料,对于其电学性能的研究非常重要。我们采用范德堡法在金刚石对顶砧中测量了高压下钴酸锂Li_(0.9)CoO_2的低温电学输运性质。通过对电阻-温度曲线的研究发现,高压下Li_(0.9)CoO_2电阻变大,表现出从半导体-绝缘体的行为。这种现象非常反常,与一般的过渡金属氧化物的高压行为相反,一般情况下,高压会让过渡金属氧化物中M-O-M(M=metal)的键长和键角发生改变,过渡金属的有效带宽变宽,从而使得过渡金属氧化物的带隙出现闭合,导电性能变好。第三,对于Li_(0.9)CoO_2我们进行了第一性原理的理论计算,理论计算的结构显示在高压下,Li_(0.9)CoO_2各晶胞参数变化与实验结果一致,能带结构的计算显示高压下,钴酸锂的导带发生明显的向高能量方向移动,带隙增加。另外由于Li_(0.9)CoO_2中存在部分空穴,因此我们计算了高压下的差分电荷密度,发现在高压下,空穴被束缚,局域性增强。带隙的增加和空穴的束缚使得其导电性能变差。最后将Li_(0.9)CoO_2高压下电学性能变化与晶体结构变化相结合,提出高压下钴氧八面体晶体场劈裂引起的能带结构变化和能带重叠引起的对载流子的束缚的机制。
【学位授予单位】:中国工程物理研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM912

【参考文献】
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1 李军;刘建军;李少芳;李雪峰;;锂离子电池三元正极材料镍钴铝酸锂的研究进展[J];化工新型材料;2016年06期
2 毕拉力·木乎提江;阿力甫江·扎依提;;同步辐射光源及其特点[J];新疆师范大学学报(自然科学版);2015年04期
3 潘成迟;Craig E.BANKS;宋维鑫;王驰伟;陈启元;纪效波;;正极材料LiNi_xCo_yMn_zO_2的微/纳结构对锂离子电池性能改进的最新进展(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年01期
4 杨小刚;杜昕;姚亮;;ICP-AES技术应用的研究进展[J];现代科学仪器;2012年03期
5 徐群杰;周罗增;刘明爽;潘红涛;邓先钦;;锂离子电池三元正极材料[Li-Ni-Co-Mn-O]的研究进展[J];上海电力学院学报;2012年02期
6 粟智;翁之望;申重;;锂离子电池正极材料LiMnO_2的表面修饰及电化学性能[J];中国有色金属学报;2010年06期
7 刘娜;刘战存;;布里奇曼对高压物理学的研究[J];大学物理;2009年03期
8 杨传铮;程国峰;黄月鸿;;同步辐射的基本知识 第一讲 同步辐射光源的原理、构造和特征[J];理化检验(物理分册);2008年01期
9 谭昌伟,王纪华,黄义德,黄文江,刘良云;运用光谱技术改进Beer-Lambert定律的定量化及其应用研究[J];中国农业科学;2005年03期
10 叶乃清,刘长久,沈上越;锂离子电池正极材料LiNiO_2存在的问题与解决办法[J];无机材料学报;2004年06期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 柯峰;高压下SnS,SnTe,In_2Se_3及Alq_3的结构和电输运性质研究[D];吉林大学;2015年
2 邵斌;第一性原理计算研究选定磁性体系[D];南开大学;2013年
3 陈时友;多元半导体及其合金的第一性原理计算研究[D];复旦大学;2009年
4 韩永昊;金刚石对顶砧上原位电导率测量方法[D];吉林大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李欢;江奇;邱家欣;刘青青;高艺珂;卢晓英;胡爱琳;;LiNi_(0.8)Co_(0.2-2x)Al_xMn_xO_2材料的制备与电化学储能性能[J];高等学校化学学报;2018年06期
2 冉建军;张晨;黄亚祥;;三元正极材料前驱体Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)(OH)_2洗涤工艺的试验研究[J];广东化工;2018年06期
3 冯翔;杨照坤;张强;苏亚龙;乔赟;刘莎;杨瑞智;孙晓;邱云;王丹;;智能终端续航技术发展趋势[J];科技导报;2018年06期
4 王媛;邵丹;李向峰;余景开;;低温水热法制备花状球形钛酸锂的性能[J];电池;2018年01期
5 孙立国;;高镍三元锂电正极材料的掺杂改性研究进展[J];广东化工;2018年03期
6 陈占军;田修营;钟洪彬;彭红霞;邓联平;胡传跃;文瑾;彭秧锡;;共沉淀法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的工艺及其形貌控制研究[J];化工新型材料;2018年02期
7 董少华;相建凯;张刚;王永进;纪娟;;现代科学技术在古代青铜器保护中的应用[J];文博;2018年01期
8 孙有娥;李一辰;程春艳;赵丽娟;金小龙;;电感耦合等离子体原子发射光谱法测定学生用品中8种可迁移元素[J];化学分析计量;2017年06期
9 徐丛;孙菲;杨文革;;高压对钴酸锂的晶体结构和离子导电率的影响[J];高压物理学报;2017年05期
10 白桥;任小菊;;ICP-AES技术及其应用研究[J];广东化工;2017年17期
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1 朱红玉;几种硫族化合物的制备、高压结构及热电性能研究[D];吉林大学;2017年
2 王丽;高压下ABO_4型钨(钼)酸盐的结构和电学性质研究[D];吉林大学;2017年
3 周晓玲;纳米金属的塑性形变与弹性性质研究[D];中国工程物理研究院;2017年
4 闫杰娟;高压下AlAs、SnSe及GeTe的结构和电输运性质研究[D];吉林大学;2016年
5 刘国栋;激光辐照下半导体材料杂质动力学及诱导损伤机理研究[D];中国工程物理研究院;2015年
6 唐瑞莲;钒酸盐MV_2O_6的制备及其高压物性研究[D];吉林大学;2014年
7 张俊凯;高压下化合物半导体的电输运性质研究[D];吉林大学;2014年
8 胡天立;超高压下物质磁性检测方法的研究[D];吉林大学;2013年
9 任万彬;高压下Mg_2Si和CdS的电输运性质[D];吉林大学;2012年
10 张敏;压力诱导溶液中生物大分子构象变化的谱学研究[D];吉林大学;2012年
【二级参考文献】
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1 刘万民;胡国荣;彭忠东;杜柯;曹雁冰;刘强;黄金龙;;加压氧化法制备LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正极材料[J];中国有色金属学报;2013年01期
2 ;Synthesis of spherical LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2 cathode materials for lithium-ion batteries by a co-oxidation-controlled crystallization method[J];Chinese Chemical Letters;2011年09期
3 谢娇娜;李建刚;何向明;;碳酸盐共沉淀法制备LiNi_(0.8)Co_(0.20-x)Al_xO_2[J];电池;2010年02期
4 陈勃涛;;以α型氢氧化物前驱体制备LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2及其电化学性能[J];无机化学学报;2010年02期
5 王健;钟胜奎;刘乐通;;锂离子电池正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的研究进展[J];化工新型材料;2009年09期
6 王锝;陈芝桂;于静;赵志飞;;ICP-AES在地质与环境样品分析中的应用[J];资源环境与工程;2009年02期
7 梁风;戴永年;易惠华;熊学;;纳米级锂离子电池正极材料LiFePO_4[J];化学进展;2008年10期
8 国海鹏;贾梦秋;廖煜炤;翟中楠;;锂离子电池正极材料LiNi_(1/2)Co_(1/6)Mn_(1/3)O_2的制备与性能[J];过程工程学报;2008年04期
9 刘雷;杨帆;刘足根;黄冬根;黄精明;方红亚;杨国华;;微波消解ICP-AES法测定土壤及植物中的重金属[J];环境化学;2008年04期
10 龚昌合;;ICP-AES法分析技术在铜冶炼烟气制酸中的应用[J];硫酸工业;2008年03期
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1 胡廷静;高压下半导体的载流子行为[D];吉林大学;2011年
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1 李佩芳,李春红;我国钴酸锂的生产现状[J];新疆有色金属;2002年03期
2 吕文广;高结晶度钴酸锂制备及微结构表征[J];稀有金属快报;2004年12期
3 赵铭姝,汪飞,宋晓平;锂离子电池正极材料锰钴酸锂的表征与分解动力学[J];中国有色金属学报;2005年09期
4 陈海清;刘军;李碧平;刘拼拼;;钴酸锂生产过程中间物料布袋尘直接高温合成产品的研究[J];湖南有色金属;2011年01期
5 李静;周彦方;钱志挺;;大颗粒钴酸锂分层现象研究[J];电池工业;2011年06期
6 邹润华;王国强;喻生洁;;火焰发射光谱法测定钴酸锂及镍酸锂中锂[J];分析仪器;2013年01期
7 邢燕;;钛包覆对钴酸锂电性能的影响[J];电子制作;2013年05期
8 刘为刚;;钴酸锂粒度控制对产品性能的影响[J];湖南有色金属;2014年01期
9 闫时建,田文怀;钴酸锂晶体结构与能量关系的研究进展[J];电源技术;2005年03期
10 崔雪红;李廷发;张颖;国沛晓;高嫚;徐文翠;;电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钴酸锂材料中杂质元素[J];理化检验(化学分册);2009年11期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 张耀;钟志源;朱敏;;钴酸锂薄膜的脉冲激光沉积制备及其电化学性能(英文)[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
2 徐盛明;王成彦;ZHANG Lifeng;;先进电池关键材料循环利用现状与存在的问题[A];第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2007年
3 王银杰;;高温下钴酸锂吸收CO_2的研究[A];中国化学会第27届学术年会第05分会场摘要集[C];2010年
4 詹晖;周运鸿;;掺S的LiNi_(0.9)Co(0.1)O_2材料研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
5 郑洪河;石磊;秦建华;魏献军;汤宏伟;常照荣;;基于新型前驱体的溶胶-凝胶清洁工艺制备钴酸锂[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
6 胥亚楠;宋大卫;安翠华;王一菁;焦丽芳;袁华堂;;钴酸锂掺杂S作为碱性二次电池负极材料的电化学性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
7 孙文彬;谢嫚;陈人杰;彭庆文;刘兴江;;TiO_2包覆钴酸锂的界面研究[A];第29届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2011年
8 欧阳红群;刘文峰;桑茂;陈岚;朱可;熊小敏;;LiCoO_2陶瓷的力学谱和电导特性[A];第九届全国固体内耗与力学谱及其应用学术会议论文集[C];2009年
9 胡国荣;;锂离子电池正极材料的产业化现状与发展趋势[A];第一届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2014年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 黄健;国产钴酸锂欲“虎口夺食”[N];中国高新技术产业导报;2002年
2 本报记者 刘晓峰;钴酸锂产业:发展迎来新转折[N];经济日报;2005年
3 李楠 高荆萍;我国最大钴酸锂生产线大连投产[N];中国工业报;2006年
4 朱继东;太阳集团抢占钴酸锂产业制高点[N];科技日报;2005年
5 张冈;钴酸锂产业优势凸显[N];科技日报;2006年
6 李玉峰;本市成国内最大锂电原材料基地[N];天津日报;2005年
7 本报记者 王芳 李丽;当升翻身时间表:2年[N];经济观察报;2011年
8 本报记者 刘建军;为先锋产品提供新材料[N];中国有色金属报;2005年
9 夏园园;锂电正极材料路径:三元取代钴酸锂之路漫漫[N];中国高新技术产业导报;2014年
10 潘小祥;铜陵金泰电池公司钴酸锂项目通过鉴定[N];中国有色金属报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 苏力宏;锂离子电池正极材料粉体合成和制备研究[D];西北工业大学;2005年
2 杨新河;碳材料改善锂离子电池正极材料性能的研究[D];北京理工大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 邬鹏;微波辅助制备四氧化三钴及稀土掺杂钴酸锂[D];江西理工大学;2015年
2 高田田;钴酸锂正极中添加磷酸铁锂改善电池过放性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 杨云广;锂离子电池正极材料钴酸锂生产工艺技术研究[D];齐鲁工业大学;2015年
4 徐丛;高压下钴酸锂的结构和电学输运性质的研究[D];中国工程物理研究院;2017年
5 文静静;钴酸锂超细粉末的制备及其电化学性能表征[D];湘潭大学;2011年
6 刘杰;采用焙烧—浮选法从废旧锂电池中回收钴酸锂研究[D];华东交通大学;2013年
7 杨柳;PEO基镍钴酸锂离子导电膜的制备及其性质研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
8 刘起鹏;钴基金属氧化物纳米材料的制备及其超级电容器性能的研究[D];重庆大学;2017年
9 韩剑;锂离子电池热效应模型的研究[D];沈阳理工大学;2017年
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