固相助熔剂法锂锰氧化合物电池材料的合成及其电化学性质研究

发布时间：2016-12-06 19:22

  本文关键词：炭基硫化铁复合材料的制备及储锂性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2015年

固相助熔剂法锂锰氧化合物电池材料的合成及其电化学性质研究

孟雨佳  

【摘要】：快节奏的工业化在给社会带来经济发展的同时也造成了人们生活环境的严重污染。考虑到环境友好和可持续性等方面因素，以锂离子电池为代表的清洁能源装置极大地激起了科研人员的研究兴趣。由于锂离子电池自身具有高的能量密度的优点，因此其被视为是现阶段最受关注的能量储存装置。现在，例如手机、数码摄像机、笔记本电脑等诸多便携式移动设备的电源部分均使用的是锂离子电池。此外，在电动汽车、混合动力汽车和插电式混合动力汽车中也有锂离子电池的应用。然而对于锂离子电池而言最为显著的不足即为相对较低的功率密度，这就制约了其在很多领域的应用空间。综上，如何提高锂离子电池的功率密度，进而展现出更好的电化学性能是解决锂离子电池问题的关键所在。具有纳米结构的电极材料由于能够缩短锂离子的扩散路径从而简化锂离子嵌入和脱出的过程，最终可以达到提高电池功率性能的目的。本文在常压和高压的条件下分别合成了具有特殊形貌的锂锰氧化合物并研究了其电化学性质。 （1）采用二氧化锰和氢氧化锂为反应原料，以氯化钠为助熔剂，在不同的温度下合成了LiMn2O4。使用XRD、SEM、TEM等测试手段对产物结构和形貌进行了表征。我们可知温度在700°C同时存有助熔剂的条件下可以得到形貌最为规整且粒径尺寸最为均一的LiMn2O4纳米线。实验结果表明，其直径约为40nm，长度可达数微米。在电化学测试方面，该样品在0.2C的倍率下首次放电容量可达125.5mAh/g，在100次循环后仍有85.6%的容量保存。这里表现出的优异性质与LiMn2O4纳米线的结构有着密切联系。同时，文中我们对于助熔剂在反应过程中的机理作用做出了详细的说明。 （2）本文首次采用高温高压水热法对LiMnO2进行了合成，同时将常压下经由高温固相法合成的相同产物作为对照并比较了产物间性质上的差异。两种方法中均采用两步合成的方法合成LiMnO2材料。需要指出的是：在反应中锂源属于过量组分，在反应过程中我们将过量的组分用作助熔剂使用。实验结果表明，原料中元素摩尔比以Li:Mn=5:1的比例混合得到的样品纯度最高。 （3）通过高温固相法得到了直径约为1μm的多孔微球状样品，高温高压水热法则展现为“”型产物。在充放电测试中，微球状样品首次放电容量可以达到128mAh/g。随着循环次数的增加，放电容量有了逐渐升高的趋势，在第20次循环时放电容量可以达到155mAh/g。高温高压水热样品的首次放电容量为104.5mAh/g，最大的放电容量为112.7mAh/g。从循环稳定性测试分析，高温管式炉样品的电化学活性高于高温高压水热样品，这表明尽管压力存在时可以抑制产物在电化学过程中发生结构改变，但由结构所增强的化学活性仍在电化学测试过程中占有主导地位。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

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