本文關(guān)鍵詞：高電位鋰離子電池正極材料的制備及改性

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【摘要】：當(dāng)前,LiCoO_2、LiFePO_4、LiMn_2O_4依次成為鋰離子電池商業(yè)化的正電極材料。但是,這些材料卻有自身難以克服的弊端。LiCoO_2材料制備的成本高、污染環(huán)境,LiFePO_4材料輸出電壓只有3.6V,LiMn_2O_4材料的容量損失比較嚴(yán)重。LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料因?yàn)榫哂兄苽涑杀镜汀o毒無污染、輸出電壓在4.5V以上、容量損失率小等特征躋身于下一代新型5V級(jí)高電位鋰離子電池正電極材料的研究行列中。本論文選用溶膠-凝膠-自蔓延制備方法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4作為鋰離子電池的正電極材料,并且通過物性表征和電性能測(cè)試探究了煅燒合成溫度對(duì)材料宏觀性能表現(xiàn)的影響。結(jié)果表明,最佳煅燒合成溫度為850℃,制備出來的材料呈現(xiàn)八面體幾何形貌,粒徑大小平均是1.5μm。以0.1C倍率的電流進(jìn)行測(cè)試結(jié)果表明,電池首次放電比容量可以達(dá)到116.34mAh/g。通過30次連續(xù)循環(huán)后,依然保持96.73mAh/g的放電比容量。對(duì)LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料與不同電解液體系的相容性進(jìn)行了初步探究。在以EMC(碳酸甲乙酯)、EC(碳酸乙烯酯)、DEC(碳酸二乙酯)不同體積比例混合的有機(jī)溶劑中添加1M LiPF6(六氟磷鋰),配制成不同體系的電解液。對(duì)比LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料在不同電解液體系中的性能表現(xiàn)。0.1C倍率測(cè)試結(jié)果表明,適當(dāng)增加DEC的比例含量,電池首次放電比容量可由86.95mAh/g增加到124.41mAh/g,充放電的電位平臺(tái)延長(zhǎng)將近45%。50次的充放電循環(huán)性能也得到了良好的改善,庫(kù)倫效率平均提升了3%。用同樣方法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的兩種不同空間群材料。通過物性表征、電性能測(cè)試,探究了兩種空間群在宏觀性能表現(xiàn)的異同。P4332空間群的與Fd-3m空間群的在幾何外貌上沒有明顯差異,只是前者的粒徑尺寸偏小0.5μm。0.1C倍率測(cè)試結(jié)果表明,P4332空間群的只在4.6~4.85V高電位內(nèi)存有電位平臺(tái)。Fd-3m空間群的不僅在4.5~4.8V內(nèi)存有電位平臺(tái),而且還在3.9~4.0V內(nèi)存有一小段電位平臺(tái)。20次循環(huán)后,P4332空間群的放電比容量?jī)H損耗了9.16mAh/g,Fd-3m空間群的放電比容量從112.44mAh/g縮減到91.05mAh/g。利用計(jì)算機(jī)模擬仿真對(duì)兩種空間群分子模型的幾何構(gòu)架、態(tài)密度分布、原子分布、鍵布局等方面進(jìn)行系統(tǒng)分析,結(jié)果表明:P4332的態(tài)密度比Fd-3m的明顯分散、導(dǎo)電性能不是很好、各化學(xué)鍵比Fd-3m的都短。多出來的Mn-Mn鍵雖能夠增加骨架穩(wěn)定性,卻阻礙了鋰離子的穿梭。最后,本論文嘗試將在LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4中摻雜少量的半導(dǎo)體材料In_2O_3。經(jīng)0.1C倍率測(cè)試發(fā)現(xiàn),雖然In_2O_3的摻雜消除了4.0V附近電位平臺(tái),卻在3.0V附近出現(xiàn)了電位平臺(tái)。首次放電比容量大大提升到189.30mAh/g,經(jīng)10次循環(huán)后比容量迅速縮減到10mAh/g。
【關(guān)鍵詞】：LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 溶膠-凝膠-自蔓延 模擬計(jì)算 In_2O_3
【學(xué)位授予單位】：廣西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 鋰離子電池的發(fā)展11-14
• 1.2.1 鋰離子電池的構(gòu)成及工作原理12-13
• 1.2.2 鋰離子電池的主要特點(diǎn)13-14
• 1.3 鋰離子電池正電極材料研究14-17
• 1.3.1 LiFePO_4正電極材料15
• 1.3.2 LiNiO_2正電極材料15-16
• 1.3.3 LiCoO_2正電極材料16-17
• 1.3.4 LiMn2O_4正電極材料17
• 1.4 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正電極材料研究進(jìn)展17-20
• 1.4.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正電極材料的制備方法17-19
• 1.4.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正電極材料的改性19-20
• 1.5 本論文的研究?jī)?nèi)容、目的及意義20-21
• 第二章 實(shí)驗(yàn)藥品、儀器及制備方法21-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器21-22
• 2.3 材料制備22-23
• 2.4 材料表征方法23-27
• 2.4.1 XRD表征24
• 2.4.2 SEM表征24
• 2.4.3 充放電性能測(cè)試24
• 2.4.4 循環(huán)伏安測(cè)試24-25
• 2.4.5 扣式電池的組裝25
• 2.4.6 扣式電池的測(cè)試25-27
• 第三章 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4制備及性能研究27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 材料制備27-28
• 3.3 材料表征28-32
• 3.3.1 XRD表征28-31
• 3.3.2 SEM表征31-32
• 3.4 充放電性能測(cè)試32-36
• 3.4.1 首次充放電性能測(cè)試32-34
• 3.4.2 循環(huán)性能測(cè)試34-36
• 3.5 小結(jié)36-38
• 第四章 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4在不同電解液體系中的性能研究38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 有機(jī)電解液的選擇38-41
• 4.2.1 鋰鹽的選擇39-40
• 4.2.2 溶劑的選擇40-41
• 4.3 有機(jī)電解液的配制41
• 4.4 充放電性能測(cè)試41-47
• 4.4.1 首次充放電性能測(cè)試41-43
• 4.4.2 循環(huán)伏安測(cè)試43-45
• 4.4.3 循環(huán)性能測(cè)試45-47
• 4.5 小結(jié)47-48
• 第五章 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4兩種不同空間群的性能研究48-65
• 5.1 引言48
• 5.2 材料制備48-49
• 5.3 物性表征49-51
• 5.3.1 XRD表征49-50
• 5.3.2 SEM表征50-51
• 5.4 充放電性能測(cè)試51-55
• 5.4.1 首次充放電性能測(cè)試51-52
• 5.4.2 循環(huán)伏安測(cè)試52-54
• 5.4.3 循環(huán)性能測(cè)試54-55
• 5.5 計(jì)算模型及參數(shù)設(shè)置55-56
• 5.5.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的計(jì)算模型55-56
• 5.5.2 主要參數(shù)設(shè)置56
• 5.6 材料空間群分析56-57
• 5.7 態(tài)密度分析57-62
• 5.8 原子布局分析62-63
• 5.9 鍵長(zhǎng)及鍵布局分析63
• 5.10 小結(jié)63-65
• 第六章 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/In2O3復(fù)合材料制備及性能研究65-73
• 6.1 引言65
• 6.2 材料制備65-66
• 6.3 物性表征66-70
• 6.3.1 XRD表征66-69
• 6.3.2 SEM表征69-70
• 6.4 充放電性能測(cè)試70-72
• 6.4.1 首次充放電性能測(cè)試70-71
• 6.4.2 循環(huán)性能測(cè)試71-72
• 6.5 小結(jié)72-73
• 第七章 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-81
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明81-82
• 致謝82

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本文編號(hào)：873693