论文题目: 超分子结构层状锂锰氧化物的组装及其电化学性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 应用化学
作者: 路艳罗
导师: 段雪
关键词: 超分子结构,层状正极材料,铿锰氧化物,晶体结构,电化学性能
文献来源: 北京化工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文针对锂离子电池正极材料层状锂锰氧化物结构不稳定的缺点,根据超分子层状结构材料的主客体可调控性特征,分别采用离子交换法、水滑石前体法、水热法等对其进行主体层板调控和客体调控,制备了一系列锂锰氧化物插层组装材料。采用XRD、HT-XRD、ICP、XPS、TG-DTA、TG-MS、EXAFS、TEM和SEM等手段对其进行了详细表征;通过恒流充放电循环、循环伏安等方法对其电化学性能进行了研究,并探讨了影响其结构稳定性和电化学性能的因素。 层状LiMnO2具有单斜结构,C2/m空间群,SEM表明其具有棒状形貌。由于其结构不稳定,充放电过程中容易发生畸变,Mn由层板迁移至层间,占据Li+的嵌入位置,并阻塞其扩散通道,导致其电化学循环性能较差。 通过主体层板调控,制备了一系列O2结构Li[Mn1-xMx]O2（M=Li、Cr、Mg、Al、Fe）和O3结构Li[CoxNiyMn1-x-y]O2。O2结构Li[Mn1-xMx]O2具有不规则的六方层状形貌,掺杂元素基本能够均匀分布在层板上,充放电过程中保持主客体有序排列,抑制结构畸变,提高电化学循环性能,掺杂一定量的Al对电池的可逆容量影响不大,同时可以有效抑制容量的衰减,对提高电化学性能有利,作为锂离子电池正极材料性能较好。O3结构Li[CoxNiyMn1-x-y]O2材料具有α-NaFeO2层状结构,层间距为0.47nm左右。随着Co含量增大嵌锂量增加,而Ni含量增大嵌锂量降低。Ni最容易在表面相稳定存在,Mn次之,而Co易于在体相稳定存在。过渡金属元素在层板上局域结构相似,M—O键长平均化。通过调控主体层板组成,可以提高层板稳定性,抑制过渡金属向层间迁移。当Co/Ni/Mn摩尔比为1/1/1时,主客体排列高度有序,材料首次放电比容量达到118.1mAh·g-1,循环过程中容量衰减缓慢。随着Co含量增加,材料的可逆比容量有所提高。 对层状锰氧化物进行插层组装,得到M-MnO2（M=Ba、Sr、ZrO）。与前驱体KxMnO2相比,M-MnO2晶体结构没有变化。MnO2层板存在Mn缺陷位,柱撑
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
1.1 锂离子电池的发展
1.1.1 锂电池的发展过程
1.1.2 锂离子电池的特点
1.1.3 锂离子电池负极材料
1.1.4 锂离子电池电解质
1.2 锂离子电池正极材料
1.2.1 LiCoO_2
1.2.2 LiCoO_2
1.2.3 LiCoO_2
1.2.4 LiFePO_4
1.3 锂锰氧化物的结构和电化学性能
1.3.1 尖晶石型Li_xMn_2O_4
1.3.2 正交结构LiMnO_2
1.3.3 层状结构LiMnO_2
1.3.4 大隧道结构含锂MnO_2(CDMO)和无定型体Li-Mn-O
1.4 论文选题的目的和意义
参考文献
第二章 主客体结构锂锰氧化物的制备及其电化学性能研究
2.1 前言
2.2 实验部分
2.2.1 试剂
2.2.2 仪器
2.2.3 LiMnO_2的制备
2.2.4 结构表征
2.2.5 电化学性能表征
2.3 LiMnO_2的结构表征
2.3.1 Mn_2O_3的结构
2.3.2 前驱体NaMnO_2和离子交换产物LiMnO_2的结构表征
2.4 LiMnO_2的电化学性能研究
2.5 小结
参考文献
第三章 主体层板调控Ⅰ：O2结构Li[Mn_(1-x)M_x]O_2的制备及其电化学性能表征
3.1 前言
3.2 实验部分
3.2.1 试剂
3.2.2 仪器
3.2.3 层状O2结构Li_y[Mn_(1-x)M_x]O_2(M=Li、Cr、Mg、Fe、Al)的制备
3.2.4 结构表征
3.2.5 电化学性能表征
3.3 层状O2结构Li_x[Li_(0.10)Mn_(0.90)]O_2的结构和电化学性能研究
3.3.1 前驱体Na_x[Li_(0.10)Mn_(0.90)]O_2中Li~+的存在位置
3.3.2 不同Na／Mn摩尔比对离子交换反应的影响
3.3.3 Na_(0.06)Li_(0.65)[Li_(0.10)Mn_(0.88)]O_2的晶体形貌
3.3.4 Li_(0.65)[Li_(0.10)Mn_(0.88)]O_2的电化学性能
3.4 Li_y[Mn_(1-x)Cr_x]O_2的结构和电化学性能研究
3.4.1 Na_(2/3)[Mn_(1-x)Cr_x]O_2及交换产物的晶体结构
3.4.2 Li_y[Mn_(1-x)Cr_x]O_2的化学组成和表面分析
3.4.3 Li_y[Mn_(1-x)Cr_x]O_2的电化学性能
3.5 Li_y[Mn_(1-x)Mg_x]O_2的结构和电化学性能研究
3.5.1 前驱体及交换产物的结构表征
3.5.2 Li_y[Mn_(0.90)Mg_(0.10)]O_2的化学组成和表面分析
3.5.3 Li_y[Mn_(1-x)Mg_x]O_2的电化学性能
3.6 Li_y[Mn_(1-x)Al_x]O_2的结构和电化学性能研究
3.6.1 Li_y[Mn_(1-x)Al_x]O_2的结构表征
3.6.2 Li_y[Mn_(1-x)Al_x]O_2的电化学性能
3.7 Li_y[Mn_(1-x)Fe_x]O_2的结构和电化学性能研究
3.7.1 Li_y[Mn_(1-x)Fe_x]O_2的结构表征
3.7.2 Li_y[Mn_(1-x)Fe_x]O_2的电化学性能
3.8 小结
参考文献
第四章 主体层板调控Ⅱ：水滑石前体法制备Li[Co_xNi_yMn_(1-x-y)]O_2及其电化学性能研究
4.1 前言
4.2 实验部分
4.2.1 试剂
4.2.2 仪器
4.2.3 Li[Co_xNi_yMn_(1-x-y)]O_2的制备
4.2.4 Li[Co_xNi_yMn_(1-x-y)]O_2的结构表征
4.2.5 Li[Co_xNi_yMn_(1-x-y)]O_2的电化学性能表征
4.3 LDHs的结构表征
4.4 Li[Co_xMn_(1-x)]O_2的结构和电化学性能研究
4.4.1 Li[Co_xMn_(1-x)]O_2的反应过程研究
4.4.2 Li[Co_xMn_(1-x)]O_2的结构特征
4.5 Li[Co_yMn_(1-y)]O_2的结构和电化学性能研究
4.5.1 Li[Co_yMn_(1-y)]O_2的结构特征
4.5.2 Li[Co_yMn_(1-y)]O_2的电化学性能
4.6 Li[Co_xNi_yMn_(1-x-y)]O_2的结构和电化学性能研究
4.6.1 Li[Co_xNi_yMn_(1-x-y)]O_2的结构特征
4.6.2 Li[Co_xNi_yMn_(1-x-y)]O_2的电化学性能研究
4.7 小结
参考文献
第五章 客体调控Ⅰ：层状MnO_2插层组装及其电化学性能研究
5.1 前言
5.2 实验部分
5.2.1 试剂
5.2.2 仪器
5.2.3 样品制备
5.2.4 结构表征
5.2.5 电化学性能表征
5.3 柱撑MnO_2的结构表征
5.4 柱撑MnO_2的电化学性能研究
5.5 结论
参考文献
第六章 客体调控Ⅱ：层状锰钒氧化物的制备及其电化学性能研究
6.1 前言
6.2 实验部分
6.2.1 试剂
6.2.2 仪器
6.2.3 样品的制备
6.2.4 结构表征
6.2.5 电极制备及电化学性能表征
6.3 锰钒氧化物的结构
6.4 锰钒氧化物的电化学性能研究
6.5 结论
参考文献
第七章 其他结构锂锰氧化物的可控合成及其电化学性能研究
7.1 前言
7.2 实验部分
7.2.1 试剂
7.2.2 仪器
7.2.3 样品的制备
7.2.4 结构表征
7.2.5 电化学性能表征
7.3 LiyMnO_2的制备及结构表征
7.4 电化学性能研究
7.5 结论
参考文献
第八章 层状锂锰氧化物主客体相互作用—电化学性能关系研究
8.1 前言
8.2 锂离子电池充放电机理
8.3 层状锂锰氧化物组成及结构—主客体相互作用—电化学性能关系研究
8.3.1 层板元素组成对主客体相互作用及电化学性能的影响
8.3.2 层间客体调控对其结构及电化学性能的影响
8.4 小结
第九章 结论
本论文的创新点
攻读博士学位期间发表论文及申请专利情况
致谢
附表
发布时间: 2005-09-26
参考文献
- [1].镍、钴基氢氧化物微结构构筑及电化学性能研究[D]. 白雪.哈尔滨工程大学2018
- [2].镍基体系三维电极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 吴田.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)2018
- [3].层状结构钒氧基化合物的制备及电化学性能研究[D]. 马艺宁.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)2018
- [4].钒氧（硫）化物锂离子电池正极材料制备及其电化学性能研究[D]. 吴丽军.哈尔滨工业大学2018
- [5].新型有机质高性能负极材料的电化学性能和储锂机制[D]. 王艳.苏州大学2018
- [6].Li2MnO3系氧化物正极材料的结构、形貌调控和电化学性能研究[D]. 程蒙.南京航空航天大学2017
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- [8].钛铌氧化物负极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 程秋实.中国科学技术大学2017
- [9].新型赝电容电极材料合成及其电化学性能的研究[D]. 杨杰.福州大学2015
- [10].铋基含氧酸盐纳米材料的制备及其电化学性能的研究[D]. 朱丹.南京理工大学2018
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