元素掺杂对尖晶石锂锰氧化物动力学性质的影响

论文摘要

本文用粉末微电极技术,采用多种电化学方法,包括电化学交流阻抗谱、恒电流充放电、循环伏安和线形扫描,结合其他分析技术如XRD、SEM等,研究了结晶度和元素铬和铜掺杂对尖晶石锂锰氧化物动力学性质的影响,得到如下结果: 1.用等效电路模型分阶段拟合了不同结晶度尖晶石锂锰氧化物在4.20～3.92V电位范围内不同电位下的交流阻抗谱,拟合值和实验值相当吻合,由拟合得到不同电位下电荷传递电阻(Rct),锂离子在固体中扩散系数(DLi等参数。结果表明:结晶度较低样品的Rct较小,DLi较大。用微电极研究了不同结晶度样品在电解液中的化学稳定性,结果发现较高结晶度样品锰较易溶出。 2.用等效电路模型拟合了铬、铜掺杂尖晶石锂锰氧化物不同电位下的交流阻抗谱,拟合值和实验值相当吻合。由拟合得到不同电位下电荷传递电阻(Rct),锂离子在固体中扩散系数(DLi)及双电层电容(Cdl)等参数。结果表明:随掺杂量的增加,尖晶石锂锰氧化物Rct值增大,DLi减小;铬掺杂后,尖晶石锂锰氧化物Cdl增加,但增大的程度比较小;掺杂尖晶石锂锰氧化物的电荷传递电阻在峰电位处有较小值;锂离子扩散系数在峰电位处有最大值。测定了铬、铜含量对样品在电解液中化学稳定性的影响,发现掺杂后锰的溶出减少,样品在电解液中的化学稳定性得到提高。探讨了掺杂后容量下降的因素,认为电荷传递电阻增大和锂离子扩散系数减小是掺杂后尖晶石锂锰氧化物容量下降两个重要因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 二次锂离子电池
• 1.2 锂离子电池正极材料
• 1.3 尖晶石锂锰氧化物研究现状
• 1.3.1 尖晶石锂锰氧化物容量衰减机理
• 1.3.2 尖晶石锂锰氧化物容量衰减解决方案
• 1.4 尖晶石锂锰氧化物动力学研究现状
• 1.4.1 尖晶石锂锰氧化物动力学研究
• 1.4.2 元素掺杂对尖晶石锂锰氧化物动力学研究
• 1.5 本文研究的目的和意义
• 参考文献
• 第二章 实验方法和分析原理
• 2.1 电极制备
• 2.1.1 复合电极
• 2.1.2 粉末微电极
• 2.2 实验和分析方法
• 2.2.1 电化学方法
• 2.2.1.1 交流阻抗法（EIS）
• 2.2.1.2 循环伏安
• 2.2.1.3 恒电流充放电
• 2.2.1.4 线性扫描
• 2.2.1.5 恒电位间隙滴定
• 2.2.2 非电化学方法
• 2.2.2.1 X-射线衍射
• 2.2.2.2 扫描电镜（SEM）
• 2.2.2.3 电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP）
• 2.3 所用的仪器和药品
• 2.3.1 所用的仪器
• 2.3.2 所用的药品
• 参考文献
• 第三章 结晶度对尖晶石锂锰氧化物动力学性质的影响
• 3.1 引言
• 3.2 样品的制备
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 晶体结构
• 3.3.2 电化学性能
• 3.3.2.1 充放电曲线和循环伏安
• 3.3.2.2 不同结晶度样品在电解液中化学稳定性的影响
• 3.3.2.3 交流阻抗谱
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 铬掺杂对尖晶石锂锰氧化物动力学性质的影响
• 4.1 引言
• 4.2 样品制备
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 样品表征
• 4.3.1.1 X射线衍射
• 4.3.1.2 扫描电镜
• 4.3.2 电化学性能
• 4.3.2.1 充放电曲线
• 4.3.2.2 循环伏安曲线
• 4.3.2.3 铬含量对样品在电解液中化学稳定性的影响
• 4.3.2.4 交流阻抗谱
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 铜掺杂对尖晶石锂锰氧化物动力学性质的影响
• 5.1 引言
• 5.2 样品制备
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 样品表征
• 5.3.1.1 X射线衍射
• 5.3.1.2 扫描电镜
• 5.3.2 电化学性能
• 5.3.2.1 充放电曲线
• 5.3.2.2 循环伏安曲线
• 5.3.2.3 铜含量对样品在电解液中化学稳定性的影响
• 5.3.2.4 交流阻抗谱
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 在校期间发表的论文
• 致谢