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(xué)性能研究

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【摘要】：人類的生存和發(fā)展,需要面對(duì)諸多挑戰(zhàn),首當(dāng)其中的就是能源和環(huán)境的問題,現(xiàn)如今各個(gè)國(guó)家都在開發(fā)利用電動(dòng)汽車來解決這些問題。鋰離子電池是動(dòng)力汽車的不錯(cuò)選擇,而正極材料尖晶石型LiMn2O4穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保無(wú)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(shí)意義。鋰電工作研究者認(rèn)為電池材料的尺寸和形貌是影響其電化學(xué)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(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。本文從前驅(qū)體入手,采用簡(jiǎn)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(duì)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(dá)88.2mAh/g。采用水熱合成法和碳酸鹽沉淀法合出微米級(jí)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(xué)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(dá)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(duì)應(yīng)的LiMn2O4,研究了球形空心材料電化學(xué)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(dá)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(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(dòng)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(jiǎn)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?jī)?nèi)容18-19
• 1.6 參考文獻(xiàn)19-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原料,儀器,表征及其性能測(cè)試26-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)所需試劑和儀器26-28
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑26-27
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)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(xué)性能測(cè)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(cè)試30
• 2.3.4 循環(huán)伏安測(cè)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(xué)性能測(cè)試39-46
• 3.4.1 立方體錳酸鋰的電化學(xué)性能測(cè)試39-43
• 3.4.1.1 立方體錳酸鋰的首次充放電性能測(cè)試39-40
• 3.4.1.2 立方體錳酸鋰的循環(huán)性能測(cè)試40-41
• 3.4.1.3 立方體錳酸鋰的倍率性能測(cè)試41-42
• 3.4.1.4 立方體錳酸鋰的循環(huán)伏安測(cè)試42-43
• 3.4.2 不同形貌錳酸鋰的電化學(xué)性能測(cè)試43-46
• 3.4.2.1 不同形貌錳酸鋰的首次充放電測(cè)試43-44
• 3.4.2.2 不同形貌錳酸鋰的循環(huán)性能測(cè)試44-45
• 3.4.2.3 不同形貌錳酸鋰的倍率性能測(cè)試45-46
• 3.5 本章小結(jié)46
• 3.6 參考文獻(xiàn)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(xué)性能測(cè)試54-57
• 4.4.1 球形空心錳酸鋰的首次充放電測(cè)試54-55
• 4.4.2 球形空心錳酸鋰的循環(huán)性能測(cè)試55-56
• 4.4.3 球形空心錳酸鋰的倍率性能測(cè)試56-57
• 4.4.4 球形空心錳酸鋰的循環(huán)伏安測(cè)試57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 4.6 參考文獻(xiàn)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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