学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

尖晶石锰酸锂的水热法合成与改性

作　者: 孔龙
导　师: 李运姣
学　校: 中南大学
专　业: 冶金工程
关键词: 水热法 热处理 掺杂 物相转变 电化学性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 31次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


在电池体系中,锂离子电池被认为是最有希望应用于交通工具的动力电池。自从1991年索尼公司开发出层状氧化钴锂电池后,由于此材料容易制备,容量高等优点使得其被广泛的用于正极材料。然而高昂的成本和含Co复合材料的剧毒性促使研究者寻找更合适的正极材料。尖晶石型锰酸锂是一种很有潜力替代氧化钴锂的正极材料。人们在寻找合成方法和LiMn2O4改性上已经做了很多的工作。本论文主要研究了以预处理电解二氧化锰(EMD)和一水氢氧化锂(LiOHH2O)为初始原料,利用水热法合成LiMn2O4前驱体,并且考察了热处理和体相掺杂对锰酸锂结构和电性能的影响。首先,利用热重-差热法研究了前驱体的热分解行为,结果表明前驱体有四个失重区间,分别为附着水损失阶段,结晶水和少量氧释放阶段,Li1.05Mn1.95O4形成阶段以及缺氧尖晶石形成阶段。XRD衍射图谱表明,纯相尖晶石结构Li1.05Mn1.95O4材料在500℃时开始形成。当前驱体在500℃到900℃进行热处理5h时没有发现诸如Mn2O3或Mn3O4等杂质,前驱体经过800℃热处理后的放电特性最佳,首次放电容量为118.2mAh·g-1,经过100次循环后仍然有112.3mAh·g-1。其次,通过XRD, SEM, TEM和电化学测试等手段对掺钴系列Li1.035CoxMn1.965-xO4和掺铝系列Li1.035AlxMn1.965-xO4样品进行了表征。XRD衍射图谱表明少量钴和铝的掺入不会对Fd3m空间群造成影响。透射电子显微镜(TEM)分析表明Li1.035CO0.035Mn1.930O4和Li1.035Al0.035Mn1.930O4材料具有很好的结晶态。由于Co-O键的键能(662kJ·mol-1)(?)Al-O键的键育(512kJ·mol-1)大于Mn-O键的键能(402kJ·mol-1),并且由于Li离子扩散系数的提高,使Al和Co掺杂后的循环性能和倍率性能得到明显改善,在0.5C放电倍率下,Li1.035Co0.035Mn1.930O4和Li1.035Al0.035Mn1.930O4样品经过100次循环后的容量保持率分别为93.8%和96.4%。再次,合成了Co-Ti复合掺杂样品Li1.035Co0.025Ti0.02Mn1.920O4和Co-Al复合掺杂样品Li1.035Co0.020Al0.025Mn1.920O4正极材料,结果表明两个复合掺杂样品继承了两种掺杂元素的优点,样品的倍率性能得到明显改善,并且在一定程度上提高了循环性能。所得Li1.035Co0.025Ti0.02Mn1.920O4样品以0.5C、1C、2C、4C、8C放电时,其比容量分别为115.3mAh·g-1、112.8mAh·g-1、108.1mAh·g-1、102.0mAh·g-1、95.2mAh·g-1,在0.5C放电容量下,经过100次循环后比容量保持率仍然有93.5%。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
1 文献评述  11-28
  1.1 引言  11-12
  1.2 锂离子电池的工作原理与性能特点  12-15
    1.2.1 锂离子电池的工作原理  12
    1.2.2 锂离子电池的特点  12-13
    1.2.3 锂离子电池的组成  13-15
  1.3 锂离子电池正极材料的研究进展  15-27
    1.3.1 层状LiMeO_2正极材料的研究进展  15-17
    1.3.2 LiMePO_4型正极材料的研究进展  17-18
    1.3.3 尖晶石型LiMn_2O_4的研究进展  18-27
  1.4 本课题的研究意义与内容  27-28
2 实验研究方法  28-33
  2.1 引言  28
  2.2 实验部分  28-30
    2.2.1 实验原料  28-29
    2.2.2 实验仪器  29-30
    2.2.3 前驱体的合成及其热处理  30
  2.3 样品的分析与表征  30-33
    2.3.1 热重差热分析  30
    2.3.2 物相分析  30-31
    2.3.3 扫描电镜分析  31
    2.3.4 透射电镜分析  31
    2.3.5 电化学性能测试  31-33
3 前驱体的合成及其热处理过程中结构和性能的变化  33-39
  3.1 引言  33
  3.2 前驱体的差热/热重分析  33-34
  3.3 前驱体在热处理过程中的结构变化  34-35
  3.4 两段热处理对纯相尖晶石锰酸锂性能的影响  35-38
    3.4.1 锰酸锂结构的变化  35-36
    3.4.2 锰酸锂形貌的变化  36-37
    3.4.3 锰酸锂电性能的变化  37-38
  3.5 本章小结  38-39
4 一元掺杂尖晶石锰酸锂性能的研究  39-53
  4.1 引言  39
  4.2 一元Al掺杂LiMn_2O_4性能的研究  39-45
    4.2.1 Li_(1.035)Mn_(1.965-x)Al_xO_4的晶体结构分析  39-41
    4.2.2 Li_(1.035)Mn_(1.965-x)Al_xO_4的形貌分析  41-42
    4.2.3 Li_(1.035)Mn_(1.965-x)Al_xO_4的电化学性能分析  42-45
  4.3 一元Co掺杂LiMn_2O_4性能的研究  45-51
    4.3.1 Li_(1.035)Mn_(1.965-x)Co_xO_4的晶体结构分析  45-47
    4.3.2 Li_(1.035)Mn_(1.965-x)Co_xO_4的形貌分析  47-48
    4.3.3 Li_(1.035)Mn_(1.965-x)Co_xO_4的电化学性能分析  48-51
  4.4 本章小结  51-53
5 二元复合掺杂尖晶石锰酸锂性能的研究  53-63
  5.1 引言  53
  5.2 二元Co、Ti掺杂对尖晶石锰酸锂性能的影响  53-58
    5.2.1 Li_(1.035)Co_(0.025)Ti_(0.02)Mn_(1.920)O_4的晶体结构分析  53-54
    5.2.2 Li_(1.035)Co_(0.025)Ti_(0.02)Mn_(1.920)O_4的形貌分析  54-55
    5.2.3 Li_(1.035)Co_(0.025)Ti_(0.02)Mn_(1.920)O_4的电化学性能分析  55-58
  5.3 二元Co-Al复合掺杂对尖晶石锰酸锂性能的影响  58-61
    5.3.1 Li_(1.035)Co_(0.025)Al_(0.02)Mn_(1.920)O_4的晶体结构分析  58-59
    5.3.2 Li_(1.035)Co_(0.025)Al_(0.02)Mn_(1.920)O_4的形貌分析  59
    5.3.3 Li_(1.035)Co_(0.025)Al_(0.02)Mn_(1.920)O_4的电化学性能分析  59-61
  5.4 本章小结  61-63
6 结论与展望  63-65
  6.1 主要结论  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-75
攻读学位期间主要的研究成果目录  75-77
致谢  77

相似论文

  1. 钛酸盐光催化剂的制备及光催化分解水性能,O643.36
  2. 稀土元素掺杂Ca3Co4O9与Ag复合材料的制备及热电性能,TQ174.1
  3. 水热法制备氧化物中空微球,TB383.4
  4. 锂离子电池用多元Sn合金基碳复合材料的研究,TM912.9
  5. 静电纺丝法制备TiO2及其光催化行为的研究,O614.411
  6. 钛酸钡基NTC热敏陶瓷电阻的制备与研究,TQ174.1
  7. 掺杂锐钛矿型二氧化钛光催化性能的第一性原理计算,O643.36
  8. Bi、N共掺杂TiO2的制备及性能的研究,O614.411
  9. 碳酸根柱撑水滑石的制备及结构重构性能研究,TQ424.2
  10. 功能化纳米二氧化钛多孔材料的制备、表征及性能研究,TB383.1
  11. 有序多孔TiO2薄膜的制备及其性能研究,TB383.2
  12. 层状双金属氢氧化物的制备及其吸附性能研究,O611.4
  13. LSGM电解质薄膜制备与电化学性能研究,TM911.4
  14. 一维纳米TiO2的制备及染料废水脱色研究,TB383.1
  15. 蝴蝶兰（Phalaenopsis）脱毒快繁关键技术及其生理基础的研究,S682.31
  16. 水蜜桃采后生理及贮藏保鲜技术研究,S662.1
  17. 锂离子层状正极材料LiMO2（M=Co，Ni，Mn）的第一性原理的研究,TM912
  18. 铁、镧掺杂纳米TiO2的制备及光催化性能研究,O614.411
  19. 石墨烯制备及其缺陷研究,O613.71
  20. 多孔氧化铜空心微球的制备及表征,O614.121
  21. 基片参数对微带带通滤波器传输特性影响研究,TN713.5

中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
© 2012 www.xueweilunwen.com