【摘要】：隨著化石燃料資源的短缺和環(huán)境污染的加劇,二次電池作為清潔類能源和電子設(shè)備能量存儲的媒介,近年來引起了人們越來越多的關(guān)注。其中鋰離子電池因其性能優(yōu)異,循環(huán)壽命長和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),被人們寄予厚望。然而,現(xiàn)有商業(yè)化的鋰離子電池在能量密度方面仍不能滿足日益增長的使用需求,因此,開發(fā)具有高能量密度的電池材料具有重要意義。以磷酸錳鋰為代表的錳系鋰離子電池正極材料,具有平臺電壓高,能量密度大,資源豐富,環(huán)境污染小,生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最有潛力的動(dòng)力電池材料之一。本論文主要探究了尖晶石錳酸鋰、層狀錳酸鋰和橄欖石型磷酸錳鋰的控制合成,并研究了不同形貌或構(gòu)型與材料電化學(xué)性能間的關(guān)系。本論文的工作主要包括三個(gè)部分:1.多孔洋蔥狀LiMn_2O_4的控制合成與性能研究。通過固相法批量合成了多孔洋蔥狀錳酸鋰,并結(jié)合共沉淀制備前驅(qū)體時(shí)溶液的電離平衡和各晶面的優(yōu)勢生長,研究其形貌產(chǎn)生的機(jī)理。進(jìn)而使用相同的方法,通過調(diào)控pH合成了多孔球狀和多孔立方狀錳酸鋰。電化學(xué)測試結(jié)果表明,洋蔥狀錳酸鋰具有最高的能量密度,在0.2 C時(shí)能量密度達(dá)到了530 Wh Kg~(-1),這是由洋蔥狀錳酸鋰層狀的結(jié)構(gòu)和豐富的孔洞所貢獻(xiàn)的優(yōu)異性能。2.不同鋰含量對層狀錳酸鋰構(gòu)型轉(zhuǎn)化的影響及性能研究。使用固相法合成了不同鋰含量的層狀錳酸鋰Li_(1±x)MnO_2,并探究了Li含量對層狀錳酸鋰結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化時(shí)構(gòu)型穩(wěn)定性的影響。其中,Li/Mn比為0.75的材料的循環(huán)穩(wěn)定性要強(qiáng)于Li/Mn比為1的層狀錳酸鋰。這是由于缺鋰而出現(xiàn)了除層狀錳酸鋰相以外的尖晶石類的Mn_3O_4,由于Mn_3O_4的構(gòu)型同轉(zhuǎn)化產(chǎn)物尖晶石錳酸鋰接近,因而在材料中起到了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用。另外,為了提升LiMnO_2的性能,摻雜了Al離子,摻雜后的材料極化較小,倍率性能也得到了較大的提升。3.橄欖石型磷酸錳鋰LiMnPO_4的制備及性能研究。以蔗糖為導(dǎo)電碳源,采用溶劑熱和固相結(jié)合的方法合成了碳包覆的磷酸錳鋰,測試結(jié)果表明適量的蔗糖加入能顯著地提升磷酸錳鋰的導(dǎo)電性,其中,復(fù)合50wt%蔗糖的磷酸錳鋰展現(xiàn)了更好的倍率性能和更小的阻抗。此外,探究了以工業(yè)用鎳粉作為導(dǎo)電骨架,采用溶劑熱法制得了復(fù)合鎳的磷酸錳鋰,鎳粉作為電子傳遞的導(dǎo)體,較大地提升了磷酸錳鋰的導(dǎo)電性能。
[Abstract]:With the shortage of fossil fuel resources and the aggravation of environmental pollution, secondary batteries have attracted more and more attention in recent years as a medium for energy storage of clean energy and electronic equipment. Lithium-ion batteries are expected for their excellent performance, long cycle life and environmental friendliness. However, the existing commercial lithium-ion batteries can not meet the increasing demand for energy density. Therefore, it is of great significance to develop battery materials with high energy density. The manganese-series lithium ion battery cathode material represented by lithium phosphate has the advantages of high platform voltage, high energy density, rich resources, low environmental pollution and low production cost, etc. It is considered as one of the most potential power battery materials. In this paper, the controlled synthesis of spinel lithium manganese oxide, layered lithium manganese oxide and olivine type manganese phosphate was studied, and the relationship between the morphology and electrochemical properties of the materials was studied. The work of this thesis mainly includes three parts: 1. Controlled Synthesis and Properties of porous Onion-like LiMn_2O_4. Porous Onion-like lithium permanganate was synthesized by solid state method. The ionization equilibrium of the solution and the growth of the crystal planes were studied in combination with the coprecipitation to prepare the precursor. The mechanism of the formation of the morphology of the precursor was studied. Furthermore, porous spherical and porous cubic lithium permanganate were synthesized by adjusting pH by the same method. The electrochemical results show that Onion-like lithium permanganate has the highest energy density, and the energy density reaches 530 Wh Kg-1 at 0.2 C. this is the excellent performance of Onion-like LiMnO _ 4 layered structure and abundant pores. The effect of different lithium content on the configuration conversion of layered lithium manganese oxide and its properties were studied. Layered lithium manganese oxide (Li _ (1 鹵x) MNO _ 2) with different lithium content was synthesized by solid phase method, and the effect of Li content on the configuration stability of layered lithium manganese oxide was investigated. The cyclic stability of the material with Li / mn ratio of 0.75 is better than that of layered lithium manganese with Li/Mn ratio of 1. This is due to the lack of lithium and the appearance of spinel Mn3O _ 4 in addition to layered lithium manganate. Because the configuration of Mn_3O_4 is close to that of the transformed product, lithium manganate, it plays a role in stabilizing the structure of the material. In addition, in order to improve the performance of LiMnO_2, Al ion was doped, the polarization of doped material was small, and the ratio performance was also improved. 3. Preparation and properties of olivine type lithium manganese phosphate LiMnPO_4. Carbon coated lithium manganese phosphate was synthesized by solvothermal and solid-phase bonding with sucrose as conductive carbon source. The results showed that proper amount of sucrose could significantly improve the conductivity of lithium manganese phosphate. Manganese phosphate lithium phosphate with 50 wt% sucrose showed better performance and smaller impedance. In addition, the conductive properties of lithium manganese phosphate and nickel powder were investigated by using industrial nickel powder as conductive skeleton and solvothermal method.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM912

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;鋰離子電池正極材料錳酸鋰的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)背景及應(yīng)用[J];新材料產(chǎn)業(yè);2005年06期

2 趙銘姝,翟玉春,田彥文;鋰離子電池正極材料錳酸鋰合成的動(dòng)力學(xué)[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2002年02期

3 馬海銳,嚴(yán)芝蘭;錳酸鋰在鋰電池中的制備及應(yīng)用[J];河南化工;2004年09期

4 楊蘭芳;鋰離子電池正極材料錳酸鋰的合成工藝取得重大創(chuàng)新并實(shí)現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)——北京市重大科技項(xiàng)目取得又一項(xiàng)突破性成果[J];新材料產(chǎn)業(yè);2005年06期

5 ;力推我國電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展——“鋰離子電池正極材料錳酸鋰的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)”項(xiàng)目意義專家觀點(diǎn)[J];新材料產(chǎn)業(yè);2005年06期

6 肖揚(yáng);匯龍錳酸鋰材料獲得好評[J];電源技術(shù);2005年10期

7 朱華麗;陳召勇;廖紅衛(wèi);肖漢寧;肖勁;;控制結(jié)晶法制備球形錳酸鋰的研究[J];電源技術(shù);2006年06期

8 郭永興;殷振國;陶芝勇;李新海;;環(huán)己苯對錳酸鋰離子電池過充性能的影響[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);2008年11期

9 高農(nóng);張若楠;張旭;顧大明;;鈷鎳摻雜錳酸鋰的電化學(xué)性能研究[J];材料科學(xué)與工藝;2008年02期

10 闞素榮;盧世剛;李文成;王昌胤;伍樂;黃松濤;;尖晶石錳酸鋰粒度和離子改性對其循環(huán)性能的影響[J];稀有金屬;2008年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 吳奎辰;肖伶俐;徐中領(lǐng);胡素娟;高青雨;施南峰;吳清國;;雙摻雜金屬離子改性尖晶石錳酸鋰性能的研究[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

2 王志興;李新海;郭華軍;彭文杰;張?jiān)坪?胡啟陽;劉久清;;鈷摻雜錳酸鋰的合成與性能[A];2008年全國濕法冶金學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

3 白振峰;向勇;趙玉;劉浩文;唐定國;;層狀錳酸鋰的制備及相變研究[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第5分會場摘要集[C];2012年

4 周邵云;劉建生;蔣靈;李釗;張利萍;;1-丙烯-1,3-磺酸內(nèi)酯對錳酸鋰電池性能的影響[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 曹景超;;尖晶石型錳酸鋰的性質(zhì)及改性研究現(xiàn)狀[A];第29屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

6 常照榮;趙海麗;湯宏偉;劉瑤;黃靜;;尖晶石錳酸鋰電池材料的合成及性能的研究[A];河南省化學(xué)會2010年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2010年

7 韓要叢;唐躍波;李普良;李華成;陳平;閆冠杰;;以四氧化三錳制備尖晶石型錳酸鋰的研究[A];第29屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

8 鄧遠(yuǎn)富;覃旭松;陳申;賴炯平;陳國華;;長壽命、功率型錳酸鋰基正極材料的制備及中試工藝開發(fā)[A];第一屆全國儲能科學(xué)與技術(shù)大會摘要集[C];2014年

9 崔濤;華寧;韓英;康雪雅;;乳液法制備球形錳酸鋰及其影響因素[A];第二屆中國儲能與動(dòng)力電池及其關(guān)鍵材料學(xué)術(shù)研討與技術(shù)交流會論文集[C];2007年

10 謝興華;周慧生;顏事龍;王惠娥;王衛(wèi)國;吳紅波;郭進(jìn);劉偉;;納米錳酸鋰晶體粒度的溫度響應(yīng)[A];第九屆全國沖擊動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2009年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者　呂賢如;錳酸鋰開辟能源新天地[N];光明日報(bào);2005年

2 劉碧瑪;鋰離子電池正極材料錳酸鋰合成通過鑒定[N];科技日報(bào);2005年

3 記者 熊燕 施銘;匯龍錳酸鋰領(lǐng)先全球批量生產(chǎn)[N];云南日報(bào);2003年

4 記者 鐘秀玲　通訊員 高鵬;有色集團(tuán)錳酸鋰項(xiàng)目竣工投產(chǎn)[N];新疆日報(bào)(漢);2011年

5 記者　呂賢如;我國錳酸鋰電池開發(fā)取得突破[N];光明日報(bào);2005年

6 北京大學(xué)教授 其魯;錳酸鋰動(dòng)力民池：勇挑電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)發(fā)展大梁[N];科技日報(bào);2005年

7 潘小祥 唐拔明;金泰公司鎳鈷錳酸鋰技術(shù)通過省級鑒定[N];中國有色金屬報(bào);2008年

8 袁文;鋰離子電池正極材料規(guī)�；a(chǎn)[N];科技日報(bào);2005年

9 徐蒞 新疆昊鑫鋰鹽開發(fā)有限公司;稀土和鈷摻雜錳酸鋰的電化學(xué)性能研究[N];新疆科技報(bào)(漢);2011年

10 本報(bào)記者 覃世默;崇左：創(chuàng)新學(xué)習(xí)激發(fā)創(chuàng)新活力[N];廣西日報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李衛(wèi);動(dòng)力鋰離子電池正極材料錳酸鋰的合成及性能研究[D];北京科技大學(xué);2017年

2 張娜;動(dòng)力鋰離子電池正極材料錳酸鋰的開發(fā)及應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2005年

3 蔣慶來;漿料噴霧干燥法制備球形錳酸鋰正極材料及其改性研究[D];中南大學(xué);2011年

4 詹純;錳酸鋰—石墨電池容量衰減過程及其調(diào)控方法的研究[D];清華大學(xué);2013年

5 江劍兵;高溫長壽命錳酸鋰正極材料的合成及其改性研究[D];中南大學(xué);2014年

6 馮季軍;尖晶石錳酸鋰正極材料的離子摻雜改性研究[D];天津大學(xué);2004年

7 鄒啟凡;鋰離子電池用尖晶石錳酸鋰的合成、結(jié)構(gòu)與性能研究[D];中南大學(xué);2005年

8 盧星河;尖晶石型錳酸鋰正極材料的合成及電化學(xué)性能研究[D];天津大學(xué);2005年

9 彭忠東;鋰離子電池正極材料的合成及中試生產(chǎn)技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2002年

10 盧桂霞;過渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李子賀;錳系鋰離子電池正極材料的制備及電化學(xué)性能研究[D];鄭州大學(xué);2017年

2 伏勇勝;納米錳酸鋰及錳酸鋰/石墨烯復(fù)合物的制備與電化學(xué)性質(zhì)研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

3 邸安，

本文編號：2167925