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可充锂锰电池的研究

作　者: 程燕红
导　师: 梁广川
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 可充锂锰电池 EMD LixMnO2 热处理酸处理
分类号: TM912.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文以LiNO3和处理过的电解MnO₂（EMD）为原料,采用熔盐浸渍法合成锂锰复合氧化物Li_xMnO₂,采用SEM、XRD、粒度分析等对合成材料的形貌和结构进行表征,并采用恒流充放电测试表征其电化学性能。研究了EMD分别经热处理和酸处理后对合成的Li_xMnO₂性能的影响,并以此为正极,金属锂为负极,组装成可充锂锰电池,对其循环性能进行测试。采用热处理方法对原料EMD在400℃下处理10h,然后以此EMD为锰源,和硝酸锂（LiNO3）为原料采用熔盐浸渍法合成了扣式可充锂锰电池的正极材料锂锰复合氧化物。通过单因素实验,以锂锰摩尔配比、焙烧温度、焙烧时间为考察因素,以前五次循环的放电比容量为考察指标,确定了合成的锂锰复合氧化物的最佳工艺条件为:锂锰摩尔配比为0.30:1,最佳焙烧温度为320℃,最佳焙烧时间为15h。该材料在0.2C倍率下的首次放电比容量达186.1mAh·g-1。为提高原料EMD的纯度,除去材料中含的水分及低价锰的氧化物,采用酸处理法处理原料EMD,通过3因素3水平正交实验,以H2SO4浓度,水浴温度,反应时间为考察因素,以0.2C首次放电比容量为考察指标,确定酸处理的最佳工艺条件为:H2SO4浓度2mol·L-1,水浴温度30℃,反应时间4h。以此EMD为锰源制得的正极材料在0.2C倍率下的首次放电比容量达186.7mAh·g-1。分别以最佳热处理和酸处理条件下合成的Li0.3MnO₂为正极,以金属锂为负极,六氟磷酸锂（LiPF6）/碳酸乙烯酯（EC）/二甲基碳酸酯（DMC）为电解液,组装成扣式可充锂锰电池。对其循环性能进行测试,结果表明,在放电深度（DOD）为20%和5%时,分别经300次和3000次循环后,电池的放电容量几乎不衰减,表现出良好的循环稳定性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 引言  10
  1.2 我国锂电池发展阶段划分  10
  1.3 锂电池的工作原理  10-11
  1.4 锂电池的组成  11-12
    1.4.1 锂负极  11
    1.4.2 正极物质  11-12
    1.4.3 电解质  12
  1.5 锂电池的正极材料  12-17
    1.5.1 MnO_2 的同素异型体  12-13
    1.5.2 二氧化锰的改性  13-14
    1.5.3 锂锰复合氧化物  14-16
    1.5.4 锂锰复合氧化物的制备方法  16-17
  1.6 我国锂原电池的发展潜力  17
  1.7 论文工作的主要内容  17-19
第二章实验与方法  19-27
  2.1 引言  19
  2.2 实验仪器及试剂  19-20
    2.2.1 实验试剂  19-20
    2.2.2 实验仪器  20
  2.3 EMD 预处理  20-21
    2.3.1 热处理法  20
    2.3.2 酸处理法  20-21
  2.4 锂锰复合氧化物的合成  21-22
  2.5 实验部分  22-23
    2.5.1 EMD 的热处理  22
    2.5.2 EMD 的酸处理  22-23
  2.6 样品的分析与测试  23-25
    2.6.1 MnO_2 纯度的测定  23-24
    2.6.2 X 射线衍射（XRD）分析  24
    2.6.3 扫描电镜（SEM）分析  24
    2.6.4 粒径测试  24-25
    2.6.5 振实密度ρ测定  25
  2.7 电池组装及性能测试  25-27
    2.7.1 电极的制备  25
    2.7.2 电池装配  25
    2.7.3 电池的性能测试  25-27
第三章热处理 EMD 对正极材料性能的影响  27-40
  3.1 预处理EMD  27-29
  3.2 锂锰合成样品的结果与讨论  29-32
    3.2.1 SEM 分析  29-30
    3.2.2 XRD 分析  30-31
    3.2.3 粒径分析  31-32
    3.2.4 振实密度分析  32
  3.3 锂源对正极材料锂锰复合氧化物性能的影响  32-34
  3.4 不同的锂锰配比对合成材料放电性能的影响  34-36
  3.5 焙烧温度对合成材料放电性能的影响  36-37
  3.6 焙烧时间对合成材料放电性能的影响  37-39
  3.7 本章小结  39-40
第四章酸处理 EMD 对正极材料性能的影响  40-55
  4.1 酸处理二氧化锰的分析  40-43
  4.2 不同的酸处理二氧化锰对合成材料放电性能的影响  43-45
  4.3 酸处理二氧化锰正交实验的极差分析  45-52
  4.4 验证实验  52-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章可充锂锰电池的循环性能测试  55-64
  5.1 电解质对可充锂锰电池性能的影响  55-57
  5.2 放电深度为2096时电池的循环性能测试  57-59
    5.2.1 正极材料的放电性能测试  57-58
    5.2.2 正极材料的循环性能测试  58
    5.2.3 电池的循环性能测试  58-59
  5.3 放电深度为596时电池的循环性能测试  59-62
    5.3.1 正极材料的放电性能测试  59-60
    5.3.2 正极材料的循环性能测试  60-61
    5.3.3 电池的循环性能测试  61-62
  5.4 本章小结  62-64
第六章结论  64-65
参考文献  65-68
攻读学位期间取得的相关科研成果  68-69
致谢  69

可充锂锰电池的研究

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