论文题目: 锂离子电池正极材料尖晶石Li-Mn-Oxide的制备和性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 无机化学
作者: 周园
导师: 马培华
关键词: 尖晶石,正极材料,锂离子电池,低温半固相合成法,气氛自对流焙烧工艺
文献来源: 中国科学院研究生院（青海盐湖研究所 ）
发表年度: 2005
论文摘要: 我国是世界上盐湖资源丰富的国家之一,尤其是青海、西藏、新疆、内蒙都广泛分布着数以千计的大大小小的盐湖,这些盐湖蕴藏着极其丰富的无机盐类资源,其中在青海盐湖卤水中锂资源储量巨大。随着国家西部大开发战略的实施,盐湖锂资源综合利用和开发的加紧进行,其下游高值化锂产品的研究开发显得极为迫切。由于具有电压高、能量密度高、输出功率大、可快速充放电、循环性能优越、使用寿命长、充电效率高、工作温度范围宽、自放电小、无电池记忆效应、无环境污染等优点,锂离子二次电池现已广泛应用于各种便携电器产品。锂离子电池巨大的市场,为青海盐湖锂资源的高值开发提供了历史性的机遇。先进的电池必须以先进的材料为基础,锂离子二次电池正极材料主要是嵌锂过渡金属氧化物LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4及其改性化合物,目前商品化的正极材料主要是LiCoO2,但钴资源储量有限,价格昂贵,对环境有污染,因此,寻找钴酸锂的替代产品已成为必然。LiMn2O4优点在于:1) 锰资源丰富,尤其是我国锰资源储量居世界各国前列;2) 价格便宜;3) 无毒、污染小;4) 用尖晶石相LiMn2O4作为正极活性物质组装的锂离子电池工作电压高,安全性好,成本低廉;5) 由于已在一次电池中广泛使用,电池行业易于接受,且回收再利用问题已基本解决。因此尖晶石相LiMn2O4被认为是LiCoO2的最佳替代材料。当前,影响LiMn2O4性能的关键因素主要有四点,即Mn2+溶解流失、Jahn-Teller效应引起的晶体结构相变、电解液的分解和钝化膜的形成,高温（>55℃）条件下容量衰减过快。解决上述问题的办法主要是利用Co、Cr、Al、Ni、Cu等与Mn离子半径近似的低价阳离子掺杂、提高Li、O化学计量比或以F、S等阴离子掺杂,或是采用B2O3、SiO2、LiCoO2、C等化合物进行表面包覆的表相修饰方法。 本论文主要研究内容和结果如下: 1.建立了一条新的尖晶石Li-Mn-Oxide合成方法——低温半固相合成法,利用便宜易得的原料,通过湿法混合工艺,使固相物料与液相物料捏合混合,形成固液共存的混合物料,有效保证了物料的混合均匀程度,克服了纯固相混合的不均匀性和纯液相及浆料混合的溶剂处理量大、工艺复杂等缺点。利用TG-DTG、XRD、FTIR、SEM等手段对合成反应过程进行表征分析,结果表明,这种新型低温半固相法在280℃低温下就可合成出尖晶石Li-Mn-Oxide;480℃可合成出纯
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1．1 锂离子电池历史、现状和未来发展
1．1．1 电池发展历史简介
1．1．2 锂离子电池发展历程
1．1．2．1 锂离子电池发展历史
1．1．2．2 锂离子电池发展现状
1．1．2．3 锂离子电池未来发展趋势
1．2 锂离子电池介绍
1．2．1 锂离子电池的工作原理
1．2．2 锂离子电池的结构
1．2．3 锂离子二次电池的性能
1．2．4 锂离子电池相关材料
1．3 本论文工作的意义
参考文献
第二章 尖晶石Li-Mn-Oxide研究进展
2．1 锂离子电池的正极活性材料概述
2．2 尖晶石Li-Mn-Oxide国内外研究现状
2．2．1 尖晶石Li-Mn-Oxide的充放电机理
2．2．2 影响尖晶石Li-Mn-Oxide性能的关键因素
2．2．3 改进尖晶石Li-Mn-Oxide性能的措施
2．3 小结
参考文献
第三章 材料物理表征与化学组成分析方法
3．1 本工作中用作材料的物理表征与元素分析仪器及工作参数
3．1．1 X射线衍射分析(XRD)
3．1．2 差热-热重(TG-DTA)
3．1．3 扫描电子显微镜分析(SEM)
3．1．4 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)
3．1．5 粒度分析
3．1．6 锂元素含量分析
3．1．7 微量杂质元素含量分析
3．2 材料中锰、钴含量测定
3．2．1 测定方法
3．2．2 试剂与溶液
3．2．3 试验方法
3．2．4 条件试验讨论
3．2．5 本工作样品中锰、钴含量的分析测定方法
3．2．6 方法准确度试验
3．3 本章小结
参考文献
第四章 低温半固相法合成富锂尖晶石Li-Mn-Oxide材料
4．1 前言
4．1．1 高温固相合成法
4．1．2 Sol—gel法(溶胶—凝胶法)
4．1．3 Pechini法及简化的Pechini法
4．1．4 微波法
4．1．5 共沉淀法
4．1．6 燃烧法
4．2 实验方法
4．2．1 样品合成
4．2．2 样品化学组成分析
4．3 低温半固相法合成纯相尖晶石Li-Mn-Oxide反应机制研究
4．3．1 前期反应阶段(60℃前)
4．3．2 吸附水和结晶水的脱除阶段(60℃～240℃)
4．3．3 尖晶石锰酸锂Li-Mn-Oxide生成阶段
4．3．4 热力学重结晶阶段
4．4 低温半固相法合成样晶的电池性能
4．5 小结
参考文献
第五章 气氛自对流焙烧工艺制备尖晶石Li-Mn-Oxide
5．1 采用气氛自对流焙烧工艺制备钴掺杂富锂尖晶石Li-Mn-Oxide的依据
5．2 气氛自对流焙烧工艺制备尖晶石Li-Mn-Oxide
5．2．1 工艺流程的设计
5．2．2 原料的选择
5．2．3 混合设备的选用和设计
5．2．4 干燥设备的设计
5．2．5 焙烧设备的设计与选材
5．2．5．1 焙烧炉的设计
5．2．5．2 焙烧托盘的材质选择
5．3 工艺参数的制定
5．3．1 干料混合
5．3．2 湿料捏混
5．3．3 干燥
5．3．4 焙烧
5．4 气氛自对流焙烧工艺制备尖晶石Li-Mn-Oxide
5．4．1 合成
5．4．2 化学组成分析
5．4．3 物理性能表征
5．4．4 材料相关电池性能测试
5．5 小结
参考文献
第六章 结论
在学期间论文发表情况
在学期间专利申请情况
在学期间承担课题及获奖情况
致谢
发布时间: 2006-04-07
标签：尖晶石论文; 正极材料论文; 锂离子电池论文; 低温半固相合成法论文; 气氛自对流焙烧工艺论文;