形貌可控的锰酸锂正极材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-08-02 14:39

  本文关键词：形貌可控的锰酸锂正极材料的制备及其电化学性能研究

  更多相关文章： 锂离子电池 正极材料 锰酸锂 可控形貌

【摘要】：人类的生存和发展,需要面对诸多挑战,首当其中的就是能源和环境的问题,现如今各个国家都在开发利用电动汽车来解决这些问题。锂离子电池是动力汽车的不错选择,而正极材料尖晶石型LiMn2O4稳定、经济、环保无毒以及充放电性能好,已经成为研究最多、开发范围最广、最具应用前景的正极材料之一。因此,研究出性能卓越的尖晶石LiMn2O4具有很重要的现实意义。锂电工作研究者认为电池材料的尺寸和形貌是影响其电化学性能的重要因素,本论文从前驱体入手,合成不同形貌的LiMn2O4对其电化学性能进行了研究。本文从前驱体入手,采用简单的碳酸盐沉淀法合成出立方体MnCO3,接着高温煅烧处理,然后对煅烧与否的两种前驱体采用高温固相法制备出立方LiMn2O4。XRD表明煅烧处理后的MnCO3分解成了MnO2,并且发现以此合成的正极材料LiMn2O4的性能要优于未煅烧合成的材料。在3.00～4.30V电压范围内,煅烧后再锂化制备出的立方体LiMn2O4正极材料在0.2 C倍率下首次放电比容量为116.9 mA h/g,经过100次循环后降为93.5mAh/g,容量保持率为80.0%,2 C倍率平均放电比容量达88.2mAh/g。采用水热合成法和碳酸盐沉淀法合出微米级的不同形貌前驱体,再煅烧处理,然后锂化成不同形貌的LiMn2O4并研究它们的电化学性能,其中球形材料性能最优,立方体材料次之,纺锤体材料性能最差。在3.00-4.30V电压范围中,球形材料在0.2 C倍率下首次放电比容量为1212 mA h/g,经过100次循环后容量保持率为86.6%,2 C倍率下平均放电容量能达到1035 mA h/g。分别采用水热合成法和低温静置法合出球形空心Mn02前驱体,再通过高温固相法合出对应的LiMn2O4,研究了球形空心材料电化学性能,其中由水热合成法制得的前驱体所合成的球形空心材料性能最佳。在3.00～4.30 V电压范围内,该球形空心LiMn2O4材料在0.2 C倍率下的首次放电比容量为112.6mAh/g,经过100次循环后容量保持率为86.9%,2C倍率下放电比容量达到72.2mAh/g。
【关键词】：锂离子电池 正极材料 锰酸锂 可控形貌
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第一章 绪论8-26
• 1.1 锂离子电池背景8-10
• 1.2 锂离子电池正极材料10-15
• 1.2.1 钴系正极材料11-12
• 1.2.2 镍系正极材料12-13
• 1.2.3 铁系正极材料13-14
• 1.2.4 锰系正极材料14-15
• 1.2.5 电动汽车锂离子电池正极材料选择15
• 1.3 LiMn_2O_4正极材料15-17
• 1.3.1 LiMn_2O_4简介15-16
• 1.3.2 LiMn_2O_4容量衰减的原因16-17
• 1.4 LiMn_2O_4正极材料形貌的改性研究17-18
• 1.4.1 LiMn_2O_4材料形貌的研究17-18
• 1.4.2 球形LiMn_2O_4及其研究18
• 1.5 本论文选题意义及主要研究内容18-19
• 1.6 参考文献19-26
• 第二章 实验原料,仪器,表征及其性能测试26-31
• 2.1 实验所需试剂和仪器26-28
• 2.1.1 实验试剂26-27
• 2.1.2 实验仪器27-28
• 2.2 材料的表征28-29
• 2.2.1 X射线衍射分析28
• 2.2.2 扫描电子显微镜28
• 2.2.3 透射电子显微镜28-29
• 2.3 材料的电化学性能测试29-31
• 2.3.1 正极片的制备29
• 2.3.2 扣式电池的组装29-30
• 2.3.3 充放电性能测试30
• 2.3.4 循环伏安测试30-31
• 第三章 不同形貌锰酸锂的制备,表征和性能31-48
• 3.1 前言31-32
• 3.2 不同形貌锰酸锂的制备32-34
• 3.2.1 立方体锰酸锂的制备32-33
• 3.2.2 纺锤体锰酸锂的制备33
• 3.2.3 球形锰酸锂的制备33-34
• 3.3 不同形貌锰酸锂的表征34-39
• 3.3.1 立方体锰酸锂及其前驱体的表征34-37
• 3.3.1.1 立方体锰酸锂及其前驱体的XRD表征34-36
• 3.3.1.2 立方体锰酸锂及其前驱体的SEM表征36-37
• 3.3.2 纺锤体锰酸锂和球形锰酸锂的表征37-39
• 3.3.2.1 纺锤体锰酸锂和球形锰酸锂的XRD表征37-38
• 3.3.2.2 纺锤体锰酸锂和球形锰酸锂的SEM表征38-39
• 3.4 不同形貌锰酸锂的电化学性能测试39-46
• 3.4.1 立方体锰酸锂的电化学性能测试39-43
• 3.4.1.1 立方体锰酸锂的首次充放电性能测试39-40
• 3.4.1.2 立方体锰酸锂的循环性能测试40-41
• 3.4.1.3 立方体锰酸锂的倍率性能测试41-42
• 3.4.1.4 立方体锰酸锂的循环伏安测试42-43
• 3.4.2 不同形貌锰酸锂的电化学性能测试43-46
• 3.4.2.1 不同形貌锰酸锂的首次充放电测试43-44
• 3.4.2.2 不同形貌锰酸锂的循环性能测试44-45
• 3.4.2.3 不同形貌锰酸锂的倍率性能测试45-46
• 3.5 本章小结46
• 3.6 参考文献46-48
• 第四章 球形空心锰酸锂的制备,表征和性能48-60
• 4.1 前言48-49
• 4.2 球形空心LiMn_2O_4的制备49-50
• 4.2.1 前驱体MnO_2的制备49
• 4.2.2 球形空心锰酸锂的制备49-50
• 4.3 球形空心锰酸锂及其前驱体的表征50-54
• 4.3.1 不同前驱体MnO_2的XRD表征50-51
• 4.3.2 球形空心锰酸锂的XRD表征51-52
• 4.3.3 前驱体γ-MnO_2及其合成出的锰酸锂的SEM表征52-53
• 4.3.4 前驱体α-MnO_2及其合成出的锰酸锂的SEM和TEM表征53-54
• 4.4 球形空心锰酸锂的电化学性能测试54-57
• 4.4.1 球形空心锰酸锂的首次充放电测试54-55
• 4.4.2 球形空心锰酸锂的循环性能测试55-56
• 4.4.3 球形空心锰酸锂的倍率性能测试56-57
• 4.4.4 球形空心锰酸锂的循环伏安测试57
• 4.5 本章小结57-58
• 4.6 参考文献58-60
• 结论60-61
• 攻读硕士期间的成果61-62
• 致谢62-63

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李仕群;胡佳山;;粉煤灰物理化学性能评述[J];山东建材学院学报;1989年01期

2 戴忠旭,詹晖,周运鸿,桂嘉年,王仁卉;尖晶石锂锰氧化物中氧缺陷对材料电化学性能的影响[J];武汉大学学报(理学版);2003年03期

3 龚茜，，谭攸庚;钌钛锡氧化物阳极表面形态及电化学性能研究[J];氯碱工业;1995年05期

4 屠德周;雷永泉;陈立新;吕光烈;魏范松;;退火处理对La-Mg-Ni-Co合金电化学性能的影响[J];浙江大学学报(工学版);2007年03期

5 余祖孝;陈建;郝世雄;韩选平;;添加剂对铝阳极电化学性能的影响[J];电源技术;2007年06期

6 孙泉胜;肖来荣;;Zn-0.3Bi-0.06Ti合金的制备与电化学性能[J];电源技术;2012年03期

7 邓凌峰;陈洪;;2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的合成及电化学性能[J];材料导报;2009年22期

8 许树茂;陈杰勇;邓淇彬;高爱梅;舒东;;不同掺炭比例对超级电池负极铅膏电化学性能的影响[J];蓄电池;2013年05期

9 李运姣,常建卫,李洪桂,赵中伟,孙召明,霍广生,孙培梅;富锂型掺钴尖晶石锂锰氧化物的结构与电化学性能[J];中南大学学报(自然科学版);2004年03期

10 李林艳;崔晓兰;单忠强;田建华;刘肖燕;;不同粘结剂对锂-硫电池电化学性能的影响[J];功能材料;2014年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 郄富昌;彭庆文;唐致远;;锂离子电池负极材料Li_2ZnTi_3O_8/C纳米颗粒的制备及其电化学性能[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

2 李良超;郝仕油;林秋月;应桃开;;纳米氧化锰的制备及其电化学性能研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

3 刘志超;党海军;陈广宇;张自禄;;氟化石墨的制备与电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

4 张森;李志勇;;氟化处理对储氢合金电化学性能的影响研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（下集）[C];2005年

5 季益刚;周益明;邵阳;戴跃华;俞燕青;王青;唐亚文;陆天虹;沈涛;;氢氧化镍的低热固相合成及其电化学性能[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

6 董怡辰;王振波;秦华;;炭包覆对动力锂离子电池正极材料电化学性能影响[A];第22届炭—石墨材料学术会论文集[C];2010年

7 侯磊;吴茂;何新波;曲选辉;;碳含量对磷酸钒锂电化学性能的影响[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

8 邹红丽;招睿雄;沈培康;;钨掺杂LiFePO_4的合成和电化学性能研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

9 樊小勇;江宏宏;黄令;孙世刚;;电镀锡作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

10 王婷;曹中秋;边静;;镁铝储氢电极合金的制备及电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（下集）[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 ;锌的性质与用途[N];期货日报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 卢桂霞;过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年

2 胡梅娟;金属氧化物基锂/钠离子电池负极材料制备与电化学性能研究[D];浙江大学;2014年

3 刘芳延;基于综纤维素制备炭基复合材料及其电化学性能研究[D];东北林业大学;2015年

4 江小剑;基于脱合金法的锰基微纳结构的构筑及其电化学性能研究[D];山东大学;2015年

5 王聪;锂离子电池电极材料Li_3V_2(PO_4)_3的制备及其电化学性能改性研究[D];北京化工大学;2015年

6 莫润伟;高性能锂离子电池正极材料LiV_3O_8的制备及其电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

7 历彪;钛的含氟氧化物及其锂化产物纳米粒子的合成、表征与电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2015年

8 刘清朝;锂空气电池电极材料的制备和电化学性能研究[D];吉林大学;2015年

9 石丽丽;新型锂硫电池正极材料的制备及其电化学性能研究[D];北京理工大学;2016年

10 刘兵;锡/钼基锂离子电池负极材料的微结构调控及储锂性能研究[D];北京理工大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 杜志玲;掺氮多孔碳的制备及其电化学性能研究[D];燕山大学;2015年

2 宋巧兰;新型离子液体的制备及其电化学性能研究[D];陕西科技大学;2015年

3 黄文静;新型导电聚合物-石墨烯电极材料的制备及电化学性能研究[D];南京理工大学;2015年

4 冯钒;锂离子电池负极材料ZnMn_2O_4的合成及其电化学性能研究[D];湖南工业大学;2015年

5 杨永刚;VO_4~(3-)掺杂对Li_3Fe_2(PO_4)_3正极材料电化学性能的影响[D];河北工业大学;2015年

6 王有玲;三维结构电极的构筑及电化学性能研究[D];兰州大学;2011年

7 成宏;锂硫电池正极材料的改性研究[D];中国地质大学;2015年

8 刘玲娟;L-半胱氨酸辅助合成镍基硫化物及其电化学性能研究[D];大连海事大学;2016年

9 石麟;多孔纳米氧化铜锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];浙江大学;2016年

10 张静;镍钴氢氧化物/氧化物的制备及电化学性能[D];浙江大学;2016年

本文编号：609810