【摘要】：隨著新能源汽車及混合動力汽車的飛速發(fā)展,開發(fā)具有高能量密度、高功率密度和長循環(huán)壽命的鋰離子電池成為當(dāng)前研究的主流趨勢。但是,目前的鋰離子電池性能仍不能滿足日益增長的應(yīng)用需求,而且鋰離子電池電極材料的制備方法比較繁瑣,對設(shè)備及工藝參數(shù)控制的要求較高,開發(fā)一種通用的、簡單的、溫和的合成鋰離子電池電極材料的方法顯得尤為必要。本文從調(diào)控反應(yīng)動力學(xué)著手,系統(tǒng)研究了一系列錳基電極材料的制備及形貌調(diào)控,創(chuàng)新性地提出了一種基于乙醇/水混合溶劑調(diào)控制備高性能一維錳基電極材料的通用且溫和的方法。主要研究內(nèi)容包括以下幾方面:1、在乙醇/水混合溶劑體系中,采用動力學(xué)調(diào)控的方法合成一維棒狀錳基電極材料前驅(qū)體。以Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2富鋰錳基材料的合成為例,測試前驅(qū)體反應(yīng)過程中的濁度隨時(shí)間變化曲線,研究快速反應(yīng)過程中多元金屬離子與草酸反應(yīng)的動力學(xué)特性。乙醇的加入不僅加快了反應(yīng)過程中的動力學(xué)速率,同時(shí)改變了鎳、鈷、錳的乙酸鹽與草酸反應(yīng)動力學(xué)的相對速率大小,此外還可以調(diào)控前驅(qū)體的形貌。利用該方法成功的制備出一系列具有均勻形貌的Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2、Li1.2Ni0.2Mn0.6O2富鋰錳基,LiNi0.5Mn1.5O4 高電位鎳錳等錳基正極材料以及NiMn204、ZnMn2O4二元過渡金屬氧化物負(fù)極材料。結(jié)果顯示:所制備得到的電極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,一維富鋰錳基電極材料Li1.2Ni0.13Co0.3Mn0.54O2在0.1 C和10C倍率下,放電比容量分別為297.1和151.0 mAh g-1,在2C倍率下、循環(huán)100次后其容量保持率達(dá)97%。該材料優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能主要?dú)w因于:一維微納結(jié)構(gòu)棒狀材料能夠有效的提高材料的電子傳導(dǎo)速率和有效地縮短鋰離子擴(kuò)散過程中的擴(kuò)散路徑,從而能夠提高倍率性能;而具有均勻形貌的微納結(jié)構(gòu)能夠使鋰離子在嵌入和脫出的過程中緩解充放電過程中的體積變化,從而提高循環(huán)性能。2、在乙醇/水混合溶劑體系中,采用分步共沉淀方法得到具有均勻形貌的草酸鹽前驅(qū)體,通過煅燒可以得到一維微納結(jié)構(gòu)棒狀的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元電極材料。通過調(diào)節(jié)[Ni2++Co2+]1/[Ni2++Co2+]2的比例,可以得到不同長徑比的草酸鹽前驅(qū)體,結(jié)果顯示:[Ni2++Co2+]1/[Ni2++Co2+]2的比例越大,所得到棒狀前驅(qū)體的長徑比越大。同時(shí)還研究了該反應(yīng)過程中LiAc的加入量對棒狀前驅(qū)體長徑比的影響。將該分步共沉淀方法制備得到的一維微納結(jié)構(gòu)棒狀的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元電極材料與納米顆粒的電化學(xué)性能進(jìn)行對比,結(jié)果顯示一維微納結(jié)構(gòu)棒狀材料的電化學(xué)性能明顯優(yōu)于納米粒子:在0.2 C和20 C倍率下,放電比容量分別為162.8和111.9 mAh g-1,首次庫倫效率達(dá)87.1%,在0.5 C倍率下、循環(huán)500次后其容量保持率達(dá)87.3%。3、在乙醇/水混合溶劑體系中,采用共沉淀方法得到MC2O4·xH2O(M=Ni、Cu、Ag)前驅(qū)體,將前驅(qū)體在Ar/H2氣氛下進(jìn)行煅燒,可以得到包覆金屬(M=Ni、Cu、Ag)與MnO復(fù)合產(chǎn)物M/MnO,并且包覆的金屬均勻分布在MnO周圍。將改性后的Ni/MnO用于鋰離子電池負(fù)極。Ni/MnO材料表現(xiàn)出明顯優(yōu)于MnO的倍率性能和循環(huán)性能。其中,Ni:MnO=1:10的產(chǎn)物首次放電庫倫效率達(dá)53.5%,在0.5 C倍率下放電比容量達(dá)635.5 mAh g-1,在10 C倍率下仍有195.9 mAh g-1的放電比容量,在0.5 C的電流密度下循環(huán)50次后放電比容量仍能達(dá)到785.7 mAhg-1。結(jié)果表明,M/MnO復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)性能,這主要?dú)w因于,復(fù)合金屬能夠有效的改善過渡金屬氧化物的導(dǎo)電性能,提高電子傳導(dǎo)的速率。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM912;O646

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊紹斌,胡浩權(quán);鋰離子電池[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年06期

2 ;新型鋰離子電池[J];炭素技術(shù);2002年03期

3 啟明;高容量鋰離子電池負(fù)極[J];金屬功能材料;2003年01期

4 周園 ,韓金鐸;鋰離子電池:機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存——參加“鋰離子電池與電動車”研討會有感[J];鹽湖研究;2003年02期

5 侯轉(zhuǎn)丹;鋰離子電池的發(fā)展?fàn)顩r與應(yīng)用[J];山西焦煤科技;2004年07期

6 李洪枚,姜亢;廢舊鋰離子電池對環(huán)境污染的分析與對策[J];上海環(huán)境科學(xué);2004年05期

7 于冶夫;鋰離子電池回收與再生產(chǎn)[J];有色金屬再生與利用;2005年04期

8 席國喜;焦玉字;路邁西;;廢舊鋰離子電池資源化研究現(xiàn)狀[J];再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì);2008年01期

9 ;2009(第四屆)動力鋰離子電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展國際論壇[J];新材料產(chǎn)業(yè);2009年06期

10 ;2009(第四屆)動力鋰離子電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展國際論壇[J];新材料產(chǎn)業(yè);2009年08期

相關(guān)會議論文 前10條

1 許名飛;郭永興;李新海;吳顯明;;鋰離子電池氣脹問題探析[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

2 王宏偉;鄧爽;肖海清;王超;楊宗輝;施亞申;;鋰離子電池誤使用的安全檢測與分析[A];2011年全國失效分析學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

3 劉勇;盤毅;謝凱;蘆偉;;鋰離子電池的存儲性能研究[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

4 張俊乾;;鋰離子電池中的擴(kuò)散應(yīng)力和破壞[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

5 康慨;戴受惠;萬玉華;王樹安;;我國鋰離子電池的研究與發(fā)展[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊）[C];2001年

6 張千玉;馬曉華;;二甲苯用作鋰離子電池過充保護(hù)添加劑的研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

7 張千玉;馬曉華;;新型鋰離子電池過充保護(hù)添加劑的研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

8 朱靜;于申軍;陳志奎;何顯能;周永超;李賀;;水分對鋰離子電池性能的影響研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

9 崔少華;楊曉民;;圓型鋰離子電池滲液不良分析[A];自主創(chuàng)新與持續(xù)增長第十一屆中國科協(xié)年會論文集（2）[C];2009年

10 李琳琳;王斌;吳宇平;T.van Ree;;甲基苯基二-(甲氧二乙基)硅烷用作鋰離子電池功能性添加劑的研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 李壯;新國標(biāo)9月實(shí)施鋰電池門檻加高[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2005年

2 劉碧瑪;動力鋰離子電池要抓住發(fā)展機(jī)遇[N];科技日報(bào);2007年

3 記者　陳穎;深圳鋰電產(chǎn)量已占全國六成[N];深圳特區(qū)報(bào);2006年

4 實(shí)習(xí)記者 徐恒邋記者 諸玲珍;鋰離子電池安全受關(guān)注 新材料研究是熱點(diǎn)[N];中國電子報(bào);2008年

5 徐恒 諸玲珍;鋰離子電池安全備受關(guān)注[N];中國有色金屬報(bào);2008年

6 李燕京;鋰離子電池國標(biāo)年內(nèi)將出臺[N];中國消費(fèi)者報(bào);2008年

7 本報(bào)記者 馮健;動力鋰離子電池：安全性制約應(yīng)用[N];中國電子報(bào);2009年

8 新材料在線首席研究員 李國強(qiáng);鋰離子電池產(chǎn)業(yè):中日韓三分天下[N];中國電子報(bào);2004年

9 金信;全國最大的鋰離子電池生產(chǎn)基地在津建成[N];中國機(jī)電日報(bào);2002年

10 黃新培;業(yè)內(nèi)專家對生產(chǎn)企業(yè)提出三點(diǎn)建議[N];中國機(jī)電日報(bào);2002年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 鄭茹娟;廢舊磷酸鹽類及混合鋰離子電池回收再利用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 劉金龍;鋰離子電池高性能富鋰錳基正極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

3 劉玉榮;錳基混合型金屬氧化物孿生微納結(jié)構(gòu)的制備、形成機(jī)理與儲鋰性能[D];山東大學(xué);2015年

4 易金;鋰離子電池釩基負(fù)極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 張千玉;綠色能源材料鈦酸鋰的改性及其回收再利用的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

6 袁慶豐;鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料和電池安全性的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

7 明海;高容量或高倍率鋰離子電池材料的合成與相應(yīng)全電池的組裝研究[D];蘇州大學(xué);2015年

8 楊智博;高性能鋰離子電池硅/鍺電極的設(shè)計(jì)與制備[D];蘭州大學(xué);2015年

9 董漢成;衛(wèi)星電源電池健康狀態(tài)診斷方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

10 張濤;廢棄鋰離子電池破碎及富鈷產(chǎn)物浮選的基礎(chǔ)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李f;基于動力學(xué)調(diào)控制備一維棒狀鋰離子電池錳基電極材料及其電化學(xué)性能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

2 鄭彥龍;硫化鋯的合成及其在鋰離子電池中的應(yīng)用研究[D];長春理工大學(xué);2017年

3 郭冰;高容量鋰離子電池電極材料的制備與電化學(xué)性能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

4 張濤;失效鋰離子電池破碎特性研究[D];華東交通大學(xué);2011年

5 馬宇宏;鋰離子電池?zé)岚踩匝芯縖D];電子科技大學(xué);2013年

6 王會軍;過渡金屬氧化物和過渡金屬硫化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D];西南大學(xué);2015年

7 任婉;鋰離子電池鎳—錳二元正極材料的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

8 李娟;鋰離子電池負(fù)極材料Li_4Ti_5O_(12)的制備與研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

9 玄哲文;微納結(jié)構(gòu)MnO_2及CuO的制備及作為鋰離子電池負(fù)極的性能研究[D];云南民族大學(xué);2015年

10 邢程程;原位生長FeS納米結(jié)構(gòu)薄膜及其在鋰離子電池中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

，

本文編號：2330872