本文關(guān)鍵詞：形貌可控的錳酸鋰正極材料的制備及其電化學性能研究

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【摘要】：人類的生存和發(fā)展,需要面對諸多挑戰(zhàn),首當其中的就是能源和環(huán)境的問題,現(xiàn)如今各個國家都在開發(fā)利用電動汽車來解決這些問題。鋰離子電池是動力汽車的不錯選擇,而正極材料尖晶石型LiMn2O4穩(wěn)定、經(jīng)濟、環(huán)保無毒以及充放電性能好,已經(jīng)成為研究最多、開發(fā)范圍最廣、最具應(yīng)用前景的正極材料之一。因此,研究出性能卓越的尖晶石LiMn2O4具有很重要的現(xiàn)實意義。鋰電工作研究者認為電池材料的尺寸和形貌是影響其電化學性能的重要因素,本論文從前驅(qū)體入手,合成不同形貌的LiMn2O4對其電化學性能進行了研究。本文從前驅(qū)體入手,采用簡單的碳酸鹽沉淀法合成出立方體MnCO3,接著高溫煅燒處理,然后對煅燒與否的兩種前驅(qū)體采用高溫固相法制備出立方LiMn2O4。XRD表明煅燒處理后的MnCO3分解成了MnO2,并且發(fā)現(xiàn)以此合成的正極材料LiMn2O4的性能要優(yōu)于未煅燒合成的材料。在3.00～4.30V電壓范圍內(nèi),煅燒后再鋰化制備出的立方體LiMn2O4正極材料在0.2 C倍率下首次放電比容量為116.9 mA h/g,經(jīng)過100次循環(huán)后降為93.5mAh/g,容量保持率為80.0%,2 C倍率平均放電比容量達88.2mAh/g。采用水熱合成法和碳酸鹽沉淀法合出微米級的不同形貌前驅(qū)體,再煅燒處理,然后鋰化成不同形貌的LiMn2O4并研究它們的電化學性能,其中球形材料性能最優(yōu),立方體材料次之,紡錘體材料性能最差。在3.00-4.30V電壓范圍中,球形材料在0.2 C倍率下首次放電比容量為1212 mA h/g,經(jīng)過100次循環(huán)后容量保持率為86.6%,2 C倍率下平均放電容量能達到1035 mA h/g。分別采用水熱合成法和低溫靜置法合出球形空心Mn02前驅(qū)體,再通過高溫固相法合出對應(yīng)的LiMn2O4,研究了球形空心材料電化學性能,其中由水熱合成法制得的前驅(qū)體所合成的球形空心材料性能最佳。在3.00～4.30 V電壓范圍內(nèi),該球形空心LiMn2O4材料在0.2 C倍率下的首次放電比容量為112.6mAh/g,經(jīng)過100次循環(huán)后容量保持率為86.9%,2C倍率下放電比容量達到72.2mAh/g。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 正極材料 錳酸鋰 可控形貌
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第一章 緒論8-26
• 1.1 鋰離子電池背景8-10
• 1.2 鋰離子電池正極材料10-15
• 1.2.1 鈷系正極材料11-12
• 1.2.2 鎳系正極材料12-13
• 1.2.3 鐵系正極材料13-14
• 1.2.4 錳系正極材料14-15
• 1.2.5 電動汽車鋰離子電池正極材料選擇15
• 1.3 LiMn_2O_4正極材料15-17
• 1.3.1 LiMn_2O_4簡介15-16
• 1.3.2 LiMn_2O_4容量衰減的原因16-17
• 1.4 LiMn_2O_4正極材料形貌的改性研究17-18
• 1.4.1 LiMn_2O_4材料形貌的研究17-18
• 1.4.2 球形LiMn_2O_4及其研究18
• 1.5 本論文選題意義及主要研究內(nèi)容18-19
• 1.6 參考文獻19-26
• 第二章 實驗原料,儀器,表征及其性能測試26-31
• 2.1 實驗所需試劑和儀器26-28
• 2.1.1 實驗試劑26-27
• 2.1.2 實驗儀器27-28
• 2.2 材料的表征28-29
• 2.2.1 X射線衍射分析28
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡28
• 2.2.3 透射電子顯微鏡28-29
• 2.3 材料的電化學性能測試29-31
• 2.3.1 正極片的制備29
• 2.3.2 扣式電池的組裝29-30
• 2.3.3 充放電性能測試30
• 2.3.4 循環(huán)伏安測試30-31
• 第三章 不同形貌錳酸鋰的制備,表征和性能31-48
• 3.1 前言31-32
• 3.2 不同形貌錳酸鋰的制備32-34
• 3.2.1 立方體錳酸鋰的制備32-33
• 3.2.2 紡錘體錳酸鋰的制備33
• 3.2.3 球形錳酸鋰的制備33-34
• 3.3 不同形貌錳酸鋰的表征34-39
• 3.3.1 立方體錳酸鋰及其前驅(qū)體的表征34-37
• 3.3.1.1 立方體錳酸鋰及其前驅(qū)體的XRD表征34-36
• 3.3.1.2 立方體錳酸鋰及其前驅(qū)體的SEM表征36-37
• 3.3.2 紡錘體錳酸鋰和球形錳酸鋰的表征37-39
• 3.3.2.1 紡錘體錳酸鋰和球形錳酸鋰的XRD表征37-38
• 3.3.2.2 紡錘體錳酸鋰和球形錳酸鋰的SEM表征38-39
• 3.4 不同形貌錳酸鋰的電化學性能測試39-46
• 3.4.1 立方體錳酸鋰的電化學性能測試39-43
• 3.4.1.1 立方體錳酸鋰的首次充放電性能測試39-40
• 3.4.1.2 立方體錳酸鋰的循環(huán)性能測試40-41
• 3.4.1.3 立方體錳酸鋰的倍率性能測試41-42
• 3.4.1.4 立方體錳酸鋰的循環(huán)伏安測試42-43
• 3.4.2 不同形貌錳酸鋰的電化學性能測試43-46
• 3.4.2.1 不同形貌錳酸鋰的首次充放電測試43-44
• 3.4.2.2 不同形貌錳酸鋰的循環(huán)性能測試44-45
• 3.4.2.3 不同形貌錳酸鋰的倍率性能測試45-46
• 3.5 本章小結(jié)46
• 3.6 參考文獻46-48
• 第四章 球形空心錳酸鋰的制備,表征和性能48-60
• 4.1 前言48-49
• 4.2 球形空心LiMn_2O_4的制備49-50
• 4.2.1 前驅(qū)體MnO_2的制備49
• 4.2.2 球形空心錳酸鋰的制備49-50
• 4.3 球形空心錳酸鋰及其前驅(qū)體的表征50-54
• 4.3.1 不同前驅(qū)體MnO_2的XRD表征50-51
• 4.3.2 球形空心錳酸鋰的XRD表征51-52
• 4.3.3 前驅(qū)體γ-MnO_2及其合成出的錳酸鋰的SEM表征52-53
• 4.3.4 前驅(qū)體α-MnO_2及其合成出的錳酸鋰的SEM和TEM表征53-54
• 4.4 球形空心錳酸鋰的電化學性能測試54-57
• 4.4.1 球形空心錳酸鋰的首次充放電測試54-55
• 4.4.2 球形空心錳酸鋰的循環(huán)性能測試55-56
• 4.4.3 球形空心錳酸鋰的倍率性能測試56-57
• 4.4.4 球形空心錳酸鋰的循環(huán)伏安測試57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 4.6 參考文獻58-60
• 結(jié)論60-61
• 攻讀碩士期間的成果61-62
• 致謝62-63

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