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尖晶石LiMn2O4锂离子电池正极材料的制备与改性研究

作　者: 陈君茹
导　师: 马新胜；徐云龙
学　校: 华东理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 尖晶石LiMn204 正极材料 溶胶-凝胶 离子掺杂
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


尖晶石LiMn2O4来源广、价格低、环境友好,是一种极具开发潜力的高能锂离子电池正极材料,但是,尖晶石LiMn2O4正极材料的容量衰减问题却成为其商业化的瓶颈。本文通过溶胶-凝胶法制备出了尖晶石LiMn2O4锂离子电池正极材料,并研究了前驱体制备方式、烧结温度、添加剂等工艺条件对LiMn2O4结构、形貌以及电化学性能的影响。研究结果表明：通过微波干燥方式制备前驱体进而烧结得到的Limn2O4正极材料的结晶化程度较高,且其颗粒更加细小、分布更加均匀,因而有利于Li+在晶体内部的稳定脱/嵌,循环30次后,其容量保持率为86.09%；随着烧结温度的升高,合成材料的颗粒变大,但是粒径分布不够均匀,T=800℃时,材料具有高起始放电容量137.75mAh/g,T=700℃时,材料具有高容量保持率94.85%(循环30次)；使用PEG添加剂调控合成的LiMn2O4材料颗粒最小,形貌最为规整,经PEG2K和PEG2W调控合成的LiMn2O4循环100次的容量保持率分别为80.51%和79.00%。针对尖晶石LiMn2O4存在的容量衰减问题,对其进行离子掺杂改性,并探索了不同的金属离子及其掺杂量对合成材料电化学性能的影响。研究发现：对于单元金属离子Ni2+掺杂型正极材料LiNixMn2-xO4,当0.1<x<0.5时,随x的增大,材料的结构稳定性增强,循环100次后,其容量保持率均在95%以上；当0.01<x<0.1时,LiNixMn2-xO4出现了不同程度的微晶缺陷,且晶胞缺陷Δa值越小,材料的首次放电比容量越高。对于双元金属离子掺杂型正极材料LiNi0.03-xMxMn1.97O4 (M=Cr/Mg), I311/I400值越小,材料的首次放电比容量越高,充放电循环稳定性也越好,其中,LiNi0.028Cr0.002Mn1.97O4与LiNi0.027Mg0.003Mn1.97O4的电化学性能最佳。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-27
  1.1 引言  9
  1.2 锂离子电池  9-12
    1.2.1 锂离子电池发展史  9-10
    1.2.2 锂离子电池组成及特点  10-11
    1.2.3 锂离子电池工作原理  11
    1.2.4 锂离子电池设计  11-12
  1.3 锂离子电池正极材料  12-18
    1.3.1 层状嵌锂化合物  13-16
    1.3.2 橄榄石型嵌锂化合物  16-17
    1.3.3 尖晶石型嵌锂化合物  17-18
  1.4 尖晶石LiMn_2O_4的研究进展  18-25
    1.4.1 LiMn_2O_4充放电机理  18
    1.4.2 LiMn_2O_4合成方法  18-21
    1.4.3 尖晶石LiMn_2O_4容量衰减  21-23
    1.4.4 尖晶石LiMn_2O_4改性  23-25
  1.5 论文选题依据及研究内容  25-27
第2章 尖晶石LiMn_2O_4的合成  27-45
  2.1 引言  27
  2.2 实验部分  27-30
    2.2.1 实验原料  27
    2.2.2 实验仪器  27
    2.2.3 实验方法  27-28
    2.2.4 测试与表征  28-30
  2.3 分析与讨论  30-44
    2.3.1 前驱体制备方式对材料性能的影响  30-34
    2.3.2 烧结温度对材料性能的影响  34-39
    2.3.3 添加剂对材料性能的影响  39-44
  2.4 本章小结  44-45
第3章 单元金属离子掺杂改性LiMn_2O_4  45-54
  3.1 引言  45
  3.2 实验部分  45-46
    3.2.1 实验原料  45
    3.2.2 实验仪器  45
    3.2.3 实验方法  45-46
    3.2.4 测试与表征  46
  3.3 分析与讨论  46-52
    3.3.1 镍掺杂对LiNi_xMn_(2-x)O_4(0.1  46-49
    3.3.2 镍掺杂对LiNi_xMn_(2-x)O_4(0.01  49-52
  3.4 本章小结  52-54
第4章 双元金属离子掺杂改性LiMn204  54-64
  4.1 引言  54
  4.2 实验部分  54-55
    4.2.1 实验原料  54
    4.2.2 实验仪器  54
    4.2.3 实验方法  54-55
    4.2.4 测试与表征  55
  4.3 分析与讨论  55-63
    4.3.1 镍铬双元金属离子掺杂改性对材料性能的影响  55-59
    4.3.2 镍镁双元金属离子掺杂改性对材料性能的影响  59-63
  4.4 本章小结  63-64
第5章 结论与展望  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-73
攻读硕士期间发表的论文及专利  73-74
致谢  74

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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
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