隨著全球溫室效應(yīng)和化石燃料的污染問題的加劇,鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展變得越來越至關(guān)重要。尖晶石型錳酸鋰正極材料以其低廉的成本、高工作電壓、安全無污染和高比容量等優(yōu)勢被認(rèn)為是最有潛力替代鈷酸鋰的材料。然而,尖晶石型錳酸鋰在循環(huán)過程中的容量衰減問題遲遲得不到有效的解決,這嚴(yán)重阻礙了它的商業(yè)化進(jìn)程。微波加熱技術(shù)以其獨特的加熱原理和特性使得其應(yīng)用范圍越來越廣泛。使用微波加熱技術(shù)對尖晶石型錳酸鋰材料進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)設(shè)計和離子摻雜可以有效地提高其電化學(xué)容量和改善循環(huán)穩(wěn)定性。本文首先以硝酸鋰、硝酸錳、碳酸銨為原料,采用共沉淀-微波燒成法制備得到了多孔尖晶石型錳酸鋰材料,研究了溫度、燒成方法、燒結(jié)時間、鋰錳比對錳酸鋰材料的影響,確定了最佳鋰錳比為1.05:2,最佳燒結(jié)溫度為850℃,最佳燒結(jié)時間為45分鐘,所得材料為晶型單一、顆粒尺寸在2-5μm的多孔尖晶石型錳酸鋰粉體。結(jié)合燒成方法特性及制備過程,分析討論了錳酸鋰材料形成多孔形貌的原因:一方面因為前驅(qū)體粉體的吸波性能不均一加上微波燒結(jié)的快速升溫及選擇性加熱特性導(dǎo)致的,另一方面是因為前驅(qū)體在燒結(jié)過程中會釋放大量的氣體形成多孔結(jié)構(gòu)。通過TG-DSC、XRD、SEM、BET等測試方法對錳酸鋰的熱重效應(yīng)、晶型、形貌、孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征分析,得到了以下結(jié)論:共沉淀-微波燒成法制備得到的多孔尖晶石型錳酸鋰材料的晶胞參數(shù)a=8.2438?,Vol=560.25?~3,結(jié)晶度為97.65%,孔隙率為77.8%,比表面積為22.77 m~2/g,這些數(shù)據(jù)均優(yōu)于常規(guī)燒成法制備的錳酸鋰材料。對制備得到的錳酸鋰材料進(jìn)行了首次充放電、循環(huán)性能、倍率性能、循環(huán)伏安分析、交流阻抗分析等電化學(xué)性能測試。結(jié)果表明,微波燒成法制備的多孔錳酸鋰材料首次充電比容量有142.5 mAh/g,首次放電比容量有132.1 mAh/g,在0.5C下循環(huán)100次后,仍然有74.7%的容量保持率,在10C的高倍率下仍然有92.4 mAh/g的放電比容量,其鋰離子擴散系數(shù)高達(dá)2.128×10~(-7)cm~2/s,這些數(shù)據(jù)均大幅優(yōu)于使用常規(guī)燒成法制備的錳酸鋰材料。然后將微波加熱設(shè)計尖晶石型錳酸鋰材料結(jié)構(gòu)的方法擴展到離子摻雜改性的尖晶石型錳酸鋰材料的制備中,得到了多孔尖晶石型鎳錳酸鋰材料,并對其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了測試表征。結(jié)果表明,多孔鎳錳酸鋰的晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,首次充放電有142.1 mAh/g的充電比容量和136.5 mAh/g的放電比容量,循環(huán)100次后容量保持率為94.7%,在高倍率循環(huán)下容量保持率均在85%以上,電化學(xué)性能相對錳酸鋰材料有了明顯的改善和提升。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ131.11;TM912
【部分圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文在負(fù)極材料中形成 LikCn化合物，與此同時，在外部電路中，補償?shù)幕芈愤w移到負(fù)極材料中，以確保兩電極上的電荷平衡。在充電完成后鋰狀態(tài)，負(fù)極材料處于富鋰狀態(tài)[41; 42]。同理，在鋰離子電池進(jìn)行放電負(fù)極材料中脫嵌出來[43]，并經(jīng)由電解質(zhì)穿過隔膜遷移回到正極材LixMyXz化合物，補償?shù)碾娮与姾蓜t經(jīng)由外部電路回到正極材料中，在充放電過程中的機理[45]。其電極反應(yīng)可以用式（1-1）、式（1-2）、(1-

尖晶石型錳酸鋰的晶體結(jié)構(gòu)示意圖

了兩種燒結(jié)方法對 LiMn2O4正極材料的電化學(xué)性能的影響[132]。工藝路線簡捷的共沉淀法制備所需的錳酸鋰前驅(qū)體，具體實驗步驟如下： LiNO3與 Mn(NO3)2的 50%wt 溶液共同溶于適量去離子水中； 50℃水浴攪拌下，向溶液中加入過量 1mol/L 的(NH4)2CO3溶液并使終保持在 8.5；所得懸濁液進(jìn)行離心，并把沉淀物反復(fù)使用去離子水清洗，抽濾，箱中干燥；所得干燥物在瑪瑙/石英研缽中進(jìn)行充分均勻研磨，所得粉體分為兩工作站進(jìn)行燒結(jié)，一份置于傳統(tǒng)馬弗爐進(jìn)行燒結(jié)，即可得到錳酸鋰粉鋰（LMO）的制備流程如圖 3-1 所示。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 高曉清;汶曉勇;伍璇;;鋰離子電池充放電性能的檢測與分析[J];電源技術(shù);2015年08期

2 范亮;盧惠民;孫澤高;;淺談汽車動力電池現(xiàn)狀與發(fā)展[J];新材料產(chǎn)業(yè);2014年10期

3 閆金定;;鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及其前景分析[J];航空學(xué)報;2014年10期

4 王福鸞;杜軍;裴金海;;全球鋰電池市場狀況和應(yīng)用發(fā)展綜述[J];電源技術(shù);2014年03期

5 孫鳳坤;邢澤炳;;微波技術(shù)原理及其發(fā)展與應(yīng)用[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2014年06期

6 李凌云;任斌;;我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及國內(nèi)外應(yīng)用情況[J];電源技術(shù);2013年05期

7 彭佳悅;祖晨曦;李泓;;鋰電池基礎(chǔ)科學(xué)問題(Ⅰ)——化學(xué)儲能電池理論能量密度的估算[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2013年01期

8 鮑瑞;易健宏;彭元東;張浩澤;李愛坤;;微波燒結(jié)超細(xì)WC-8Co硬質(zhì)合金中的脫碳及其改進(jìn)(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年04期

9 賈恒義;;鋰離子電池材料的研究與應(yīng)用[J];電源技術(shù);2011年07期

10 華美;賴彩娥;劉慧勇;;載體轉(zhuǎn)移工藝制備TiO_2包覆的LiMn_2O_4[J];電池;2011年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 張雁南;固相燒結(jié)法合成尖晶石型LiMn_2O_4正極材料反應(yīng)機理及改性研究[D];昆明理工大學(xué);2017年

2 葉佳娜;鋰電子電池過充電和過放電條件下熱失控（失效）特性及機制研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

3 邱松;過渡金屬氧化物/碳鋰離子電池負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能[D];山東大學(xué);2016年

4 杜江勇;鋰離子電池富鋰三元正極材料的研究[D];天津大學(xué);2015年

5 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

6 熊煥明;聚合物—納米粒子復(fù)合電解質(zhì)[D];吉林大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 萬利佳;柔性基M_3O_4(M=Fe、Co)復(fù)合材料的制備及儲鋰性能研究[D];湘潭大學(xué);2017年

2 張陽;磷酸鐵鋰正極材料的制備與改性研究[D];西安建筑科技大學(xué);2017年

3 馮穎;非化學(xué)計量比磷酸鐵鋰的設(shè)計及電化學(xué)性能研究[D];天津大學(xué);2017年

4 井二寶;鋰離子電池復(fù)合正極材料的研究[D];電子科技大學(xué);2017年

5 張鵬飛;鈦酸鋰納米片的制備與改性及其在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用研究[D];揚州大學(xué);2017年

6 黃嘉怡;一氧化硅復(fù)合氧化石墨烯作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

7 張順;微波固相法合成Fe-Mn-Co-Cu體系紅外輻射材料[D];華南理工大學(xué);2017年

8 杜紅超;電池貼標(biāo)系統(tǒng)運動控制與視覺檢測的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

9 李孟愈;3D納米結(jié)構(gòu)銅集流體上鍺電極的制備及電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

10 姜玉葉;礦用鋰離子電池狀態(tài)監(jiān)測與壽命預(yù)測研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

本文編號：2879452