本文關鍵詞：鋰離子電池正極材料鎳錳酸鋰的制備及電化學性能研究　出處：《合肥工業(yè)大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：作為一種新型鋰離子電池正極材料,尖晶石型鎳錳酸鋰因其輸出電壓高、循環(huán)性能好、價格低廉、環(huán)境友好且制備工藝簡單等優(yōu)點,近些年引起了研究人員的極大關注。鎳錳酸鋰高達4.7 V的電壓平臺,使得其能量密度高達650 Wh kg-1,具有了構建高能量密度鋰離子電池的潛力。本文主要介紹了兩種制備高電壓鎳錳酸鋰正極材料的方法,并深入研究了其電化學性能,具體內容如下：1、在乙醇-水混合溶劑體系中進行共沉淀反應,利用乙醇-水混合溶劑良好的分散性,以草酸為沉淀劑,反應得到形貌均勻、單分散的一維草酸鹽MC_2O_4·xH_2O (M=Li,Ni,Mn)棒狀前驅物,焙燒后得到形貌保持良好的一維微納結構尖晶石型LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料。作為對比,我們以同樣的過程條件,在不添加乙醇的水溶液中進行反應,最后得到尺寸分布不均勻的顆粒狀產物。測試兩種不同形貌產物的電化學性能,結果顯示：一維微納結構的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正極材料具有更優(yōu)異的電化學性能,在1、10和20 C倍率下,首次放電比容量分別為134.3、123.7和116.9mAh g-1,循環(huán)400次后,容量保持率分別為96.0%、94.3%和80.0%；特別是在高倍率50 C下,其首次放電比容量依然達到81.0 mAh g-1,并且經過400次循環(huán)后,容量保持率高達78%。一維微納結構的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正極材料在高倍率下良好的電化學性能主要歸功于形貌均勻、單分散的一維微納結構在充放電過程中,能夠保持一致的充放電狀態(tài),同時縮短鋰離子的擴散路徑,有利于材料中電子和鋰離子遷移；還能緩沖鋰離子在嵌入和脫出過程中引起的結構應變,提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性,有效地提高鋰離子電池的電化學性能。2、利用微乳液在可控合成具有特定尺寸和形貌的納米材料方面的優(yōu)勢,我們采用微乳液法,通過將反應物原料配制成微乳液,然后加入沉淀劑,使反應在其水核內部發(fā)生,盡可能有效地控制產物的尺寸。我們發(fā)現使用酸性的H_2C2O4溶液作為沉淀劑時,反應可以比較溫和的發(fā)生,制備得到納米級產物LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正極材料。測試產物的電化學性能,結果顯示：在0.5、10和20 C倍率下,首次放電比容量分別為130.03、113.6和101.4 mAh g-1,經過100次循環(huán)后分別保持127.9、102.2和85.1 mAh g-1的放電比容量,其容量保持率可達98.4%、89.9%和83.9%。說明納米級正極材料在鋰離子電池中,其納米尺寸能夠極大地縮短電極反應中電子和鋰離子的傳輸距離,并且其較大的比表面積可以為電極材料和電解液提供更大的接觸面積,從而顯著的提高鋰離子脫出和嵌入的速度,使電極材料表現出優(yōu)異的電化學性能。
[Abstract]:In this paper , the electrochemical properties of Li Ni _ ( 0.5 ) Mn _ ( 1.5 ) O _ 4 cathode material with high power density were studied . The results showed that the Li Ni _ ( 0.5 ) Mn _ ( 1.5 ) O _ 4 cathode material with a one - dimensional micro - nano structure had better electrochemical performance . In order to improve the electrochemical performance of Li - ion batteries , it is found that the nano - size can greatly shorten the transfer distance of electrons and lithium ions in the electrode reaction , and the larger specific surface area can provide a larger contact area for the electrode material and electrolyte , thus remarkably improving the speed of lithium ion removal and intercalation , so that the electrode material exhibits excellent electrochemical performance .

【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912

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