一维锂离子电池电极材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2020-07-15 12:27

【摘要】：锂离子电池的电化学性能很大程度上取决于活性材料的微纳米结构。合理设计活性材料的形貌结构对于改善电池的电化学性能非常重要。一维结构的纳米材料具有大的比表面积,如纳米线,纳米管,纳米棒等,作为电极材料,可以显著提高锂离子在电极固体和电解质/电极界面中的扩散速率,且一维结构的横向应变小,能够有效缓冲充放电循环过程中电极材料大的体积变化,保持电极材料结构的稳定,提高其电化学性能。首先,通过水热法结合后退火处理工艺,成功制备出了Ni-Mn-Co-O(NMCO)三元氧化物纳米线材料,其具有NaCl型六方晶体结构,是一种新型三元固溶体材料。作为负极材料使用,NMCO纳米线具有高的比容量,尤其通过原位水热制备的一体化NMCO电极,具有更高的比容量,循环性能和倍率性能。其在0.2 A g~(-1)的电流密度下循环100圈后可逆容量仍高于1520 mA h g~(-1),在1 A g~(-1)的电流密度下循环200圈后,容量保持度高达87.2%。此外,以NMCO纳米线作为模板,又制备出了具有海胆状微球形态的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2。然后,在碱性环境下利用水热法先制备出了Na_4Mn_2O_5纳米线,然后通过熔盐法进行离子交换,高温烧结后制备出了LiMn_2O_4纳米线。但其产量低下,不能作为模板,进行同三元系正极材料的材料复合实验。最后,利用水热法,通过表面活性剂CTAB调控,成功制备出了β-MnO_2纳米管。然后,以β-MnO_2纳米管作为模板,制备出了LiMn_2O_4纳米管,并表现出了优良的电化学性能。此外,以β-MnO_2纳米管或LiMn_2O_4纳米管为模板,又分别合成了三种具有一维结构的三元正极材料,即LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2,LiMn_2O_4@LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2,以及Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2。但这三种一维正极材料电化学性能较低,这可能是因为烧结温度和烧结时间不足,或进入材料体相的锂掺量的较低引起的,需要进一步改善材料制备工艺。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;TM912
【图文】：

几种常见的清洁能源

1纽扣电池结构示意图

2锂离子电池工作原理示意图

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