本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰的制備與改性

  更多相關(guān)文章： 新能源 磷酸錳鋰 微波合成 優(yōu)勢晶面 摻雜 普遍性 炭載體

【摘要】：鋰離子電池作為一種新型化學(xué)電源,其能量瓶頸仍然是正極材料。磷酸錳鋰(LiMnPO4)具有成本低、安全性好等優(yōu)點,和磷酸鐵鋰相比具有更高的能量密度。因此,磷酸錳鋰被研究者看作新一代動力鋰電池正極材料,發(fā)展?jié)摿薮蟆５?LiMnPO4的導(dǎo)電性和鋰離子擴散速率較低,嚴(yán)重阻礙了它在動力電池上的應(yīng)用。為了提高其導(dǎo)電性和離子擴散能力,相對普遍的方法是對材料進行納米化處理、導(dǎo)電層包覆和雜原子摻雜。本論文開展了微波合成炭包覆LiMnPO4的研究,期望借助過程強化改善電極材料的結(jié)構(gòu),并通過雜原子摻雜嘗試進一步提高其充放電行為。具體包括以下兩個方面：(1)提出了通過兩步微波溶劑熱的方法來制備LiMnPO4的途徑,制備出一種炭包覆LiMnPO4的納米復(fù)合材料,通過改變工藝條件可以調(diào)控LiMnPO4不同晶面比例。所制備的富含優(yōu)勢晶面的含氮炭包覆納米LiMnPO4在0.5 C的大電流密度下展現(xiàn)了159.5 mAhg-1的首次放電質(zhì)量比容量,100次充電放電循環(huán)之后,仍然還保留155 mA h g-1的質(zhì)量比容量,10 C下更是展現(xiàn)了118mAhg-1的倍率性能。電池低溫測試實驗表明,0.5 C的測試電流密度下,電池在8℃的環(huán)境下表現(xiàn)出147mAhg-1的質(zhì)量比容量,而在2℃的環(huán)境下保持了常溫容量的82.5%,可見制備得LiMnPO4正極材料具有優(yōu)異的低溫工作性能。這種優(yōu)秀的電化學(xué)性能得益于LiMnPO4中富含優(yōu)勢晶面(002)晶面和富含氮元素的炭包覆層。這種兩步微波途徑大大縮短了合成時間,具有規(guī)�；苽涞臐摿�。(2)采用等體積浸漬法,以大孔容炭為載體,在高濃度Li-Mn-PO4溶液體系,考察鎂、鈣、鈰三種雜原子摻雜對LiMnPO4電極材料微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。實驗結(jié)果顯示,原子直徑較大的Ce原子摻雜有助于提高LiMnPO4的高倍率性能；相對而言,較小原子半徑的Mg原子摻雜有助于提高LiMnPO4的低倍率性能。通過表征和文獻對比推測,原子半徑較大的雜原子在拓寬晶格間距,加快擴散的同時可能會造成晶體崩塌,減小容量,因此Li-Mn-PO4體系中摻雜組分的選擇需要同時考慮兩方面的因素。
【關(guān)鍵詞】：新能源 磷酸錳鋰 微波合成 優(yōu)勢晶面 摻雜 普遍性 炭載體
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ131.11;TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-12
• 1 文獻綜述12-29
• 1.1 鋰離子電池簡介12-17
• 1.1.1 鋰離子電池發(fā)展史12-13
• 1.1.2 鋰離子電池的組成13-14
• 1.1.3 鋰離子電池的工作原理14-15
• 1.1.4 鋰離子電池的特點15-17
• 1.2 鋰離子電池的電極材料17-23
• 1.2.1 鋰離子電池的正極材料的要求17
• 1.2.2 鋰離子電池正極材料發(fā)展簡介17-18
• 1.2.3 幾種傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料18-20
• 1.2.4 橄欖石型正極材料20-23
• 1.3 橄欖石型的磷酸錳鋰23-28
• 1.3.1 概述23
• 1.3.2 磷酸錳鋰的晶體結(jié)構(gòu)23
• 1.3.3 磷酸錳鋰樣品合成方法23-27
• 1.3.4 磷酸錳鋰的摻雜改性27-28
• 1.4 選題背景及主要研究內(nèi)容28-29
• 2 實驗29-33
• 2.1 實驗儀器和實驗試劑29-31
• 2.1.1 儀器部分表29-30
• 2.1.2 實驗試劑部分表30-31
• 2.2 實驗工藝流程31-32
• 2.2.1 電極片的制備31
• 2.2.2 扣式電池的組裝31-32
• 2.3 具體工作32-33
• 2.3.1 兩步微波溶劑法制備磷酸錳鋰的具體條件32
• 2.3.2 體相摻雜實驗32-33
• 3 兩步微波溶劑熱法制備納米磷酸錳鋰及其鋰電性能33-50
• 3.1 前言33-34
• 3.2 實驗過程與表征手段34-39
• 3.2.1 實驗過程34-35
• 3.2.2 表征手段35-39
• 3.3 結(jié)果討論與分析39-49
• 3.3.1 合成條件對LiMnPO_4的影響39-43
• 3.3.2 炭包覆對LiMnPO_4的影響43-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 4 系統(tǒng)研究雜原子摻雜對磷酸錳鋰的電化學(xué)性能影響50-62
• 4.1 前言50-51
• 4.2 實驗過程與表征手段51-54
• 4.2.1 實驗過程51-52
• 4.2.2 表征手段52-54
• 4.3 結(jié)果討論與分析54-61
• 4.3.1 前驅(qū)體溶液和前驅(qū)體炭材料的選定54-56
• 4.3.2 雜原子摻雜對LiMnPO_4的影響56-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 1 結(jié)論62-63
• 2 展望63-64
• 參考文獻64-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況69-70
• 致謝70-71

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