本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池及材料發(fā)展前瞻——第16屆國(guó)際鋰電會(huì)議評(píng)述，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中北大學(xué)》 2013年

幾種鋰電池納米電極材料的制備與電化學(xué)性能研究

王瑗鐘  

【摘要】：鋰離子電池具有能量密度高、環(huán)境友好、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)通訊等便攜電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。電極材料是影響鋰離子電池性能的關(guān)鍵。目前，鋰電池中所用的傳統(tǒng)電極材料存在著利用率低、鋰離子擴(kuò)散慢、極化大等問題，制約著鋰電池性能的提升。納米材料具有反應(yīng)活性高、有利于電荷傳導(dǎo)和物質(zhì)輸送以及獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，可以有效地提高鋰電池的性能，其組成、結(jié)構(gòu)、形貌與性能之間的關(guān)系需深入研究。因此，本文主要研究了中空Li_4Ti_5O_(12)、ZnCo_2O_4納米線和中空LiMn_2O_4納米管的制備及電化學(xué)性能。主要內(nèi)容如下： （1）以C球?yàn)槟０�，利用水熱法和固相反�?yīng)法制備出中空尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)。利用XRD、SEM、TEM和電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)樣品的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能等進(jìn)行了表征及測(cè)試。結(jié)果表明：中空微球的直徑大約為480nm，壁厚大約為50nm。中空微球在不同的電流倍率下，表現(xiàn)出了較好的倍率性能，尤其是0.2C下，，首次放電容量達(dá)到174mAh/g，幾乎是Li_4Ti_5O_(12)的理論容量，在100次循環(huán)以后，容量還能保持在129mAh/g，容量滯留率達(dá)到74%，表現(xiàn)出較好的循環(huán)壽命和循環(huán)穩(wěn)定性。這主要是由于中空結(jié)構(gòu)的Li_4Ti_5O_(12)縮短了鋰離子的擴(kuò)散路徑，有利于鋰離子的快速脫嵌，能明顯提高材料的動(dòng)力學(xué)性能。 （2）運(yùn)用水熱/溶劑熱法制備出了立方體ZnCo_2O_4，運(yùn)用犧牲模板法制備出了1D結(jié)構(gòu)的ZnCo_2O_4納米線。對(duì)兩種材料進(jìn)行了FTIR、XRD、SEM、TEM表征和電化學(xué)測(cè)試。結(jié)果表明：得到的為立方相尖晶石結(jié)構(gòu)的ZnCo_2O_4。立方體ZnCo_2O_4顆粒較大，粒徑約為2.5μm，ZnCo_2O_4納米線顆粒較小，粒徑約為150nm。循環(huán)伏安曲線對(duì)于不同形貌和大小的電極材料具有很強(qiáng)的敏感性。兩種不同形貌材料的電容量的差異主要是由于材料的結(jié)構(gòu)和形貌不同所引起的，納米線由于是中空結(jié)構(gòu)，且表面有很多的孔，顆粒尺寸在納米級(jí)，這能夠極大的縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑，提高其動(dòng)力學(xué)性能，從而具有更高的電容量，而立方體顆粒較大，不容易脫嵌鋰，因此具有相對(duì)較低的電容量。 （3）運(yùn)用固相反應(yīng)法以α-MnO_2作為犧牲模板制備出了尖晶石LiMn_2O_4中空納米管和摻雜不同含量的Co的Co-LiMn_2O_4納米管。中空納米管的長(zhǎng)度約為1-3μm，管徑約為175nm，納米管的壁厚約為70nm。通過摻雜不同含量的Co，確定了最佳的摻雜量(LMO-1)，對(duì)未摻雜的LMO和最佳摻雜的LMO-1進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試并進(jìn)行了性能的比較。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，具有中空結(jié)構(gòu)的LMO納米管具有較好的電化學(xué)性能，首次放電比容量達(dá)到115mAh/g，50次循環(huán)后容量還能達(dá)到77.4mAh/g，容量滯留率為67%。摻雜Co之后的LMO-1首次放電比容量達(dá)到126.6mAh/g，50次循環(huán)后還能達(dá)到100mAh/g，容量滯留率為79%，表現(xiàn)出了更加優(yōu)異的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。上述結(jié)果表明，LiMn_2O_4和Co-LiMn_2O_4納米管將會(huì)成為一種比較有前途的高能鋰電池正極材料。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

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9 楊志明;鋰電池保護(hù)集成電路的研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2009年

10 姜傳星;鋰電池在光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池及材料發(fā)展前瞻——第16屆國(guó)際鋰電會(huì)議評(píng)述，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：143530