本文關(guān)鍵詞：濕化學(xué)合成法制備磷酸錳鋰鋰離子電池正極材料及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：橄欖石型鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰(LiFePO4)的成功商業(yè)化,激發(fā)了科研工作者對具有更高理論能量密度的其同系物磷酸錳鋰(LiMnPO4)的研究熱情。LiMnPO4正極材料具有材料來源廣泛、生產(chǎn)成本低、環(huán)境友好、安全性高的優(yōu)點(diǎn),很有希望成為下一代鋰離子電池正極材料的選擇之一。但是,其鋰離子為一維的擴(kuò)散方向,電子電導(dǎo)和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)都比較小,且存在Mn3+的Jahn-Teller效應(yīng),造成錳元素溶解和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,因此其倍率性能和循環(huán)性能較差。本文首先采用溶劑熱法,采用不同的錳源、鋰源,調(diào)節(jié)原料的比例、反應(yīng)溫度、溶劑種類等參數(shù)合成了一系列形貌的LiMnPO4納米材料。研究發(fā)現(xiàn)前驅(qū)體中原料比例為影響LiMnPO4形貌的關(guān)鍵試驗(yàn)參數(shù),比例不同,顆粒尺寸與微觀形貌則會不同。純相LiMnPO4材料合成的尺寸大小在2μm到30 nm之間。研究發(fā)現(xiàn)30 nm左右大小的類球形顆粒和50 nm左右的薄片狀兩種最小的LiMnPO4材料的放電容量為約80～100 mAh g-1。在此基礎(chǔ)上,以乙酸鋰、磷酸和氯化亞錳為原料,采用溶劑熱法,確認(rèn)了原料比例在2.5～5：1：1范圍內(nèi)可以合成純相的磷酸錳鋰。調(diào)節(jié)鋰源的比例,SEM結(jié)果表明獲得了類梭形的長約100 nm的LiMnPO4材料,TEM結(jié)果表明顆粒表面由一層約2 nm厚的碳層。在鋰磷錳的摩爾比在5～6：1：1的條件下,材料的電化學(xué)性能最好。在0.05,1,5,20C電流下的放電容量分別為157.33,124.06,99.26和71.77 mAh g-1,在1C和5C下循環(huán)200次后容量保持率分別為77%和72%。采用多元醇法對以原料為乙酸鋰、磷酸和氯化亞錳,比例為5：1：1的試樣進(jìn)行了放大實(shí)驗(yàn)。在160℃下可以合成純相LiMnPO4,電化學(xué)測試結(jié)果表明反應(yīng)2小時的試樣,在0.05C和10C電流下的放電容量有123.74和83.59 mAh g-1。采用噴霧干燥法對用多元醇方法LiMnPO4納米顆粒進(jìn)行二次造粒獲得5微米左右的核桃形顆粒,利用PVP和蔗糖作為碳源高溫處理在顆粒表面包覆一層碳,結(jié)果表明包碳后的材料仍然可以維持球形的形貌,表面為碳化處理后形成的疏松多孔結(jié)構(gòu)。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明此種材料的倍率性能衰減非常少,在0.05 C、10C和20 C下的放電容量分別為116.06,91.09,83.08 mAh g-1。這表明該材料初步具備了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的前景。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 正極 磷酸錳鋰 溶劑熱 多元醇 噴霧干燥
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-32
• 1.1 鋰離子電池簡介10-16
• 1.1.1 鋰離子電池簡史10-11
• 1.1.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)11-13
• 1.1.3 鋰離子電池工作原理13-14
• 1.1.4 鋰離子電池的特點(diǎn)14-16
• 1.2 鋰離子電池正極材料16-24
• 1.2.1 鈷酸鋰(LiCoO_2)17-18
• 1.2.2 鎳酸鋰(LiNiO_2)18-19
• 1.2.3 錳酸鋰(LiMn_2O_4)19-20
• 1.2.4 三元材料20-21
• 1.2.5 磷酸鐵鋰(LiFePO_4)21-24
• 1.3 鋰離子電池正極材料LiMnPO_4的研究進(jìn)展24-31
• 1.3.1 制備方法24-29
• 1.3.2 改進(jìn)策略29-31
• 1.4 選題依據(jù)及主要研究內(nèi)容31-32
• 第二章 試驗(yàn)方法32-38
• 2.1 材料合成所需原料及儀器32-34
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品與材料32-33
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器33-34
• 2.2 材料合成方法34-35
• 2.2.1 LiMnPO_4的濕化學(xué)法制備34
• 2.2.2 LiMnPO_4的碳包覆34-35
• 2.2.3 噴霧造粒的LiMnPO_4碳包覆35
• 2.3 材料表征方法35-37
• 2.3.1 材料檢測與性能表征設(shè)備35
• 2.3.2 材料物理性能表征35-36
• 2.3.3 材料電化學(xué)性能表征36-37
• 2.4 材料的命名37-38
• 第三章 鋰源磷源比例對LiMnPO_4溶劑熱法制備的影響38-56
• 3.1 Mn(Ac)_2為錳源溶劑熱合成類球形納米LiMnPO_439-46
• 3.1.1 材料的制備39-40
• 3.1.2 材料的物相與形貌分析表征40-45
• 3.1.3 材料的電化學(xué)性能測試45-46
• 3.2 MnCl_2為錳源溶劑熱合成片狀LiMnPO_446-51
• 3.3 反應(yīng)溫度對片狀LiMnPO_4材料合成的影響51-52
• 3.4 反應(yīng)溶劑對材料形貌的影響52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-56
• 第四章 溶劑熱法制備高性能納米LiMnPO_456-70
• 4.1 高性能納米LiMnPO_4材料的溶劑熱法制備56-57
• 4.2 高性能納米LiMnPO_4材料的表征57-60
• 4.3 高性能納米LiMnPO_4材料的電化學(xué)性能表征60-66
• 4.4 碳含量對性能的影響66-68
• 4.5 本章小結(jié)68-70
• 第五章 噴霧干燥輔助多元醇法制備微米球狀LiMnPO_4/C70-80
• 5.1 LiMnPO_4/C微米球的制備70-72
• 5.1.1 多元醇法制備LiMnPO_4納米材料70-71
• 5.1.2 噴霧干燥法制備LiMnPO_4/C微米球71-72
• 5.2 LiMnPO_4/C微米球的表征72-75
• 5.2.1 LiMnPO_4物相分析72-73
• 5.2.2 LiMnPO_4和LiMnPO_4/C的形貌分析73-75
• 5.3 LiMnPO_4/C的電化學(xué)性能表征75-77
• 5.4 本章小結(jié)77-80
• 第六章 結(jié)論80-82
• 參考文獻(xiàn)82-92
• 致謝92-94
• 個人簡歷94-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與專利96

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  本文關(guān)鍵詞：濕化學(xué)合成法制備磷酸錳鋰鋰離子電池正極材料及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：465244