尖晶石锰酸锂正极材料的制备及其表面包覆改性研究

发布时间：2018-10-08 12:41

【摘要】：作为一种绿色环保的二次电源,锂离子电池因为具有高能量密度、高功率密度、高工作电压、长寿命、无记忆效应以及环境友好等优点而发展十分迅速,已经广泛的应用于日常生活中,成为手机、相机和电脑等便携式移动电子设备的主要电源,并且其应用领域仍然在不断扩展。一般来说,锂离子电池正极材料的选择对电池的性能(如电化学性能、稳定性能和安全性能等)和成本的影响是至关重要的,可以说锂离子电池的性能与成本主要就是受正极材料的性能制约。具有三维的离子扩散通道的尖晶石锰酸锂(LiMn_2O_4)正极材料由于具有较高的工作电压、较高的热稳定性、优异的安全性、较低的成本与环境友好等优点而备受关注,是目前锂离子电池行业中极具潜力的正极材料之一。但LiMn_2O_4正极材料在电池循环过程中的比容量衰减较快,限制了其大规模的商业化应用与推广。为此,本文选用LiMn_2O_4作为研究对象,采用高温固相法制备LiMn_2O_4正极材料,并在此基础上对其进行表面包覆改性研究,研究工作包括如下内容:采用高温固相法制备LiMn_2O_4正极材料,并研究了不同锂含量对LiMn_2O_4正极材料性能的影响。研究表明,当原料中锂过量5%时,制备的LiMn_2O_4正极材料具有最为优异的电化学性能,其初始比容量为123.6mAh/g,循环100个周期后该材料的容量保持率为92.6%,3C和5C时的大电流放电性能也较好,放电比容量分别为102.8mAh/g 和 94.8mAh/g。采用不同的氧化物NiO、ZnO和A1_2O_3对LiMn_2O_4正极材料进行表面包覆改性处理,并讨论氧化物表面包覆改性对LiMn_2O_4正极材料性能的影响。实验表明,氧化物表面包覆改性后的LiMn_2O_4正极材料的循环性能与大电流充放电性能均要优于未改性的LiMn_2O_4正极材料,其中以ZnO改性的LiMn_2O_4正极材料的电化学性能最为优异。其初始比容量为133.7mAh/g,循环100个周期后该材料的容量保持率为94.0%,3C和5C时的大电流放电性能也较好,放电比容量分别为114.4mAh/g和104.1mAh/g。采用不同的碳纳米材料CNT和HGO分别对LiMn_2O_4正极材料进行表面包覆改性处理,同时讨论碳纳米材料表面包覆改性对LiMn_2O_4正极材料性能的影响。实验表明,碳纳米材料表面包覆改性后的LiMn_2O_4正极材料的首次充放电比容量、循环性能与大电流充放电性能均要优于未改性的LiMn_2O_4正极材料,其中以HGO改性的LiMn_2O_4正极材料具有最高的初始比容量(139.9mAh/g),CNT改性后的LiMn_2O_4正极材料具有最好的循环性能与大电流充放电性能,其初始比容量也相对较高,初始比容量为137.2mAh/g,循环100个周期后,其放电比容量由最初的137.2mAh/g衰减到129.2mAh/g,仅衰减了 5.8%,3C和5C时的大电流放电性能也较好,比容量分别为115.0mAh/g和106.1mAh/g。以CNT为包覆材料,球磨改性的LiMn_2O_4正极材料具有比没有球磨的改性材料更为优异的电化学性能。球磨改性的LiMn_2O_4正极材料具有更高的初始比容量(139.9mAh/g),更好的循环稳定性(95.9%)以及更加优异的大电流放电性能(3C和5C时的比容量分别为128.1mAh/g和124.2mAh/g)。ZnO和CNT共同包覆改性的LiMn_2O_4正极材料具有相对较高的首次放电比容量与最为优异的循环性能,其初始比容量为138.8mAh/g,循环过程中比容量先增大后减小,100个周期后其容量保持率为102.7%。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM912

【参考文献】

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本文编号：2256788