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锂离子电池正极材料LiMn1-XMXO2的研究

2020-11-22阅读(972)

锂离子电池正极材料LiMn1-XMXO2的研究

论文摘要

本文采用固相合成法制备了LiMn1-xMxO2（0≤x<1,M为Co、Ni、Al、Ti、Mg、Y中的一种或几种）系列嵌锂化合物。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热差热重分析及电化学测试等方法,系统研究了合成条件如原材料种类和配比、合成温度、合成气氛等对材料结构及电化学性能的影响。 对LiMnO2材料的初步合成及微量掺杂改性研究发现,通过对反应气氛、烧成温度及Li/Mn比等工艺条件的精确控制能够制备出纯相的LiMnO2材料,但即使采用微量的Co、Al掺杂后也无法抑制该材料在充放电循环过程中向尖晶石结构的转化,因而无法获得单一平滑的放电平台。 进一步的实验发现,采用Ni、Co大量掺杂而制备出的LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2材料具有稳定的层状结构和单一的放电平台,是一种极具潜力的锂离子电池正极材料。为优化合成的LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2正极材料电化学性能,对锂源及过渡金属源进行了筛选,并考察了不同的Li/（Mn+Ni+Co）比对材料结构性能的影响,结果表明采用Li2CO3及Mn1/3Ni1/3CO1/3（OH）2分别作为锂源及过渡金属源、Li/（Mn+Ni+Co）为1-1.05时合成的LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2材料具有更适合加工的粒度和较为理想的电化学性能。 对LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2的合成反应过程进行较为深入的研究和探讨,对Li2CO3与Mn1/3Ni1/3CO1/3（OH）2按Li/（Mn+Ni+Co）=1:1.05混合组成的反应体系进行热重分析,并以此为基础通过实验考察了不同的预烧及烧结温度对材料电化学性能的影响,发现经过730℃预烧和900℃最终烧结的材料具有较高的充放电容量和良好的循环性能。 选择Al、Y、Ti、Mg作为掺杂元素,对LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2材料进行掺杂改性研究,结果表明采用Ti的掺杂不仅改善了LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2材料的循环性能,使其在经历20次充放电循环后容量保持率达到了98%,而且大幅提高了材料的充放电效率和放电电压平台,实验中制备的Ti掺杂样品材料首次充放电效率和电压平台分别达到了85.6%和86.7%,首次放电容量达到135mAh/g。

论文目录

  • 摘要
  • Abstraot
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 引言
  • 1.2 锂离子电池的发展概况
  • 1.3 锂离子电池正极材料的研究开发现状
  • 2）'>1.3.1 钴酸锂（LiCoO2）
  • 2）'>1.3.2 镍酸锂（LiNiO2）
  • 4及LiMnO2）'>1.3.3 锰酸锂（LiMn2O4及LiMnO2）
  • 2的合成及性能'>1.4 LiMnO2的合成及性能
  • 1.5 锰酸锂材料的研究开发现状和技术发展趋势
  • 1.6 本论文的研究目的
  • 第二章 实验方法
  • 2.1 主要原材料
  • 2的制备及掺杂'>2.2 LiMnO2的制备及掺杂
  • 2.3 热分析
  • 2.4 物相鉴定与结构点阵常数测定
  • 2.5 SEM表征
  • 2.6 电化学性能测试
  • 2的合成及性能'>第三章 LiMnO2的合成及性能
  • 3.1 引言
  • 3.2 材料制备
  • 3.3 合成条件对材料结构特性的影响
  • 3.3.1 反应气氛对材料结构的影响
  • 3.3.2 不同Li/Mn摩尔比的影响
  • 3.3.3 烧成温度的影响
  • 2的电化学性能'>3.4 合成LiMnO2的电化学性能
  • 3.5 本章小结
  • 2的掺杂改性研究'>第四章 LiMnO2的掺杂改性研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 材料制备
  • 4.3 掺杂对材料结构性能的影响
  • 4.3.1 Al掺杂对材料性能的影响
  • 4.3.2 Co掺杂对材料性能的影响
  • 1/3Ni1/3Co1/3O2的合成及性能'>第五章 LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2的合成及性能
  • 5.1 引言
  • 5.2 材料的制备及特性
  • 5.2.1 材料制备
  • 1/3Ni1/3Co1/3O2的特性'>5.2.2 LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2的特性
  • 1/3Ni1/3Co1/3O2电化学性能的影响'>5.3 原材料种类及配比对LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2电化学性能的影响
  • 5.3.1 原材料种类对材料电化学性能的影响
  • 5.3.2 原材料配比对材料电化学性能的影响
  • 5.4 本章结论
  • 1/3Ni1/3Co1/3O2合成反应过程研究'>第六章 LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2合成反应过程研究
  • 6.1 引言
  • 6.2 热重分析法对反应体系的初步研究
  • 1/3Ni1/3Co1/3O2电化学性能的影响'>6.3 温度制度对LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2电化学性能的影响
  • 1/3Ni1/3Co1/3O2电化学性能的影响'>6.3.1 预烧温度对LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2电化学性能的影响
  • 1/3Ni1/3Co1/3O2电化学性能的影响'>6.3.2 烧结温度对LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2电化学性能的影响
  • 6.4 本章小结
  • 1/3Ni1/3Co1/3O2的掺杂改性'>第七章 LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2的掺杂改性
  • 7.1 引言
  • 7.2 材料制备
  • 7.3 材料的结构特性及颗粒形貌分析
  • 7.4 材料的电化学性能
  • 7.5 本章小结
  • 第八章 结论及展望
  • 8.1 结论
  • 8.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢

    • 相关论文文献

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