层状锰酸锂的掺杂改性研究

论文摘要

层状LiMnO2具有容量高,价格便宜等优点,但其因生产工艺复杂、循环稳定性差而无法满足实际应用的需要,因此研究适宜的制备工艺,寻求提高LiMnO2循环稳定性的方法成为新能源材料领域的研究热点。本论文针对层状锂锰氧化物稳定性较差的问题,利用醋酸锂、醋酸镧、醋酸钴、柠檬酸、氢氧化锂等原料,采用溶胶凝胶法与水热合成法对层状锂锰氧化物进行镧或铈的单元掺杂改性研究。通过XRD、SEM以及电化学测试分析发现,加入稀土元素后,能形成良好单一的层状结构,电化学性能有明显改善,其中,用溶胶凝胶法合成的4%La的掺杂明显提高了材料的结构及其电化学稳定性。而单元掺杂的正极材料层状结构可能存在向尖晶石结构不可逆的相变,容量也随之迅速的衰减。为解决这一问题,本文对层状锂锰氧化物采用溶胶凝胶法进行Ni/La、Co/La二元掺杂以及Ni/Co/La或Ni/Co/Ce的三元掺杂,讨论不同的掺杂量对层状锂锰氧化物的结构及电化学稳定性能的影响。实验测试结果表明,掺杂元素起到“支撑”的作用,一定程度上抑制了相变。二元掺杂使材料的结构及电化学循环稳定性得到很大的提高,而水热合成法三元掺杂对层状材料的稳定性能的改善作用不太明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子二次电池
• 1.1.1 锂电池二次电池的研究背景
• 1.1.2 锂离子电池的工作原理
• 1.2 锂离子二次电池正极材料
• 2O₄'>1.2.1 尖晶石型LiM₂O₄
• xO₄ 的研究进展'>1.2.2 聚阴离子结构LiM_xO₄的研究进展
• xMO₂ 化合物的研究进展'>1.2.3 层状Li_xMO₂化合物的研究进展
• O₂ 的研究进展'>1.2.4 层状LiMn_O2的研究进展
• 1.3 锰酸锂正极材料掺杂的研究现状
• 1.4 层状锰酸锂的发展前景与展望
• 1.5 本课题研究方案及研究意义
• 2结构及电化学稳定性影响'>第二章 单元掺杂对层状LiMnO₂结构及电化学稳定性影响
• 2.1 引言
• 2.2 基本实验方法
• 2.2.1 正极材料制备方法
• 2.2.2 电极材料研究方法
• 2.3 掺杂理论分析
• 2.4 材料制备
• 2.4.1 溶胶凝胶法
• 2.4.2 水热合成法
• 2.4.3 电池制备与装配
• 2.5 制备材料测试结果及分析
• 2.5.1 溶胶凝胶法测试结果
• 2.5.2 水热合成法测试结果
• 2.6 本章小结
• 2结构及电化学稳定性影响'>第三章 二元掺杂对层状LiMnO₂结构及电化学稳定性影响
• 3.1 引言
• 3.2 试验部分
• 3.2.1 实验步骤
• 3.2.2 电池制备与装配
• 3.2.3 测试方法
• 3.3 实验结果及分析
• 0.96-xCo_xLa_0.04O₂ （x=0.06,0.08,0.10）的测试结果分析'>3.3.1 LiMn_0.96-xCo_xLa_0.04O₂（x=0.06,0.08,0.10）的测试结果分析
• 0.96-xNi_xLa_0.04O₂（x=0.06,0.10,0.20）的测试结果分析'>3.3.2 LiMn_0.96-xNi_xLa_0.04O₂（x=0.06,0.10,0.20）的测试结果分析
• 3.4 本章小结
• 2结构及电化学稳定性影响'>第四章 多元掺杂对层状LiMnO₂结构及电化学稳定性影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 制备方法
• 4.2.2 电池制备与装配
• 4.2.3 测试方法
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 溶胶凝胶法制备结果分析
• 4.3.2 水热合成法测试结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间已发表的论文