层状—尖晶石锰基固溶体正极材料的制备及性能研究

发布时间：2017-09-11 03:12

  本文关键词：层状—尖晶石锰基固溶体正极材料的制备及性能研究

  更多相关文章： 正极材料 层状-尖晶石 倍率性能 溶剂热法

【摘要】：随着能源问题和环境问题的日益严重,锂离子电池越来越受到人们关注。从最初的镉镍电池到如今已经相当普及的锂离子电池,无不是朝着更高容量、更快充电速度、更安全环保的方向发展。富锂锰基正极材料以其较高的比容量得到了研究者的青睐,但其首次不可逆容量较高、倍率性能较差,这些性能上的缺陷严重阻碍了富锂锰基材料走上商业化的道路。为了改善富锂锰基材料面临的性能缺陷,本课题提出了一种新型的无钴富锂锰基层状-尖晶石正极材料。通过制备纳米尺寸的材料使容量进一步提升;并且在保持富锂锰基材料优异性能的同时,通过引入尖晶石结构材料提升倍率性能;此外,该材料摒弃了传统材料所含有的钴、镍元素,对成本的控制和对环境的影响起到了非常积极的作用。所得材料在0.1 C倍率下放电比容量能达到232.2 mA·h/g,5 C倍率下实验组放电比容量为131.4 mA·h/g,通过与传统共沉积法制备的材料相比,低倍率下放电比容量提高50.7 mA·h/g,高倍率下放电比容量提升73.7 mA·h/g。本课题研究了实验条件对新型材料性能的影响,得到最优实验参数。在前驱体合成中,研究加热温度和保温时间对性能的影响,通过对比发现加热温度为200℃、保温时间为20 h为最佳前驱体合成参数。在煅烧过程中,研究煅烧温度和煅烧时间对性能的影响,发现煅烧温度为600℃、煅烧时间为10 h为最佳煅烧参数。尖晶石结构物质含量对材料的性能也有重要影响,发现层状材料Li2MnO3与尖晶石材料LiMn2O4之比7:3时,倍率性能提升最佳。最佳实验条件下得到的材料在低倍率0.1 C放电比容量为244.5 mA·h/g,高倍率5 C放电比容量为170.9mA·h/g。
【关键词】：正极材料 层状-尖晶石 倍率性能 溶剂热法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 锂离子电池的基本概述10
• 1.3 锂离子电池组成10-11
• 1.4 锂离子电池的应用11-12
• 1.4.1 消费电子产品12
• 1.4.2 交通工具12
• 1.4.3 储能设备12
• 1.5 正极材料12-17
• 1.5.1 富锂锰基材料13-15
• 1.5.2 尖晶石结构材料15-17
• 1.6 本课题研究内容17-18
• 第2章 实验流程及测试方法18-25
• 2.1 实验材料及设备18-19
• 2.1.1 实验材料18-19
• 2.1.2 实验设备19
• 2.2 材料物性表征19-21
• 2.2.1 材料结构分析19-20
• 2.2.2 材料形貌分析20-21
• 2.3 电极片的制备及扣式电池的组装21-23
• 2.3.1 电极片的制备21-22
• 2.3.2 扣式电池组装22-23
• 2.4 材料的电化学性能测试23-25
• 2.4.1 充放电性能分析23
• 2.4.2 倍率性能分析23
• 2.4.3 循环性能分析23
• 2.4.4 循环伏安分析23-25
• 第3章 层状-尖晶石锰基固溶体材料的制备及表征25-39
• 3.1 引言25
• 3.2 材料设计思路25-28
• 3.3 材料制备28-29
• 3.3.1 实验材料制备方案28
• 3.3.2 对照材料制备方案28-29
• 3.4 X射线衍射分析29-31
• 3.4.1 前驱体分析29-30
• 3.4.2 正极材料分析30-31
• 3.5 微观形貌分析31-32
• 3.5.1 前驱体分析31-32
• 3.5.2 正极材料分析32
• 3.6 充放电性能测试32-34
• 3.7 倍率性能测试34-36
• 3.8 循环稳定性测试36-37
• 3.9 循环伏安测试37
• 3.10 本章小结37-39
• 第4章 层状-尖晶石锰基固溶体材料性能的影响因素39-71
• 4.1 引言39
• 4.2 前驱体合成条件对层状-尖晶石锰基固溶体材料性能影响39-56
• 4.2.1 材料制备39-40
• 4.2.2 X射线衍射分析40-44
• 4.2.3 微观形貌分析44-47
• 4.2.4 充放电性能测试47-52
• 4.2.5 倍率性能测试52-55
• 4.2.6 循环稳定性测试55-56
• 4.3 煅烧条件对层状-尖晶石锰基固溶体材料性能影响56-66
• 4.3.1 材料制备56
• 4.3.2 X射线衍射分析56-57
• 4.3.3 微观形貌分析57-59
• 4.3.4 充放电性能测试59-61
• 4.3.5 倍率性能测试61-65
• 4.3.6 循环稳定性测试65-66
• 4.4 尖晶石结构材料含量对层状-尖晶石锰基固溶体材料性能影响66-69
• 4.4.1 材料制备66
• 4.4.2 X射线衍射分析66-67
• 4.4.3 充放电性能测试67-68
• 4.4.4 倍率性能测试68-69
• 4.4.5 循环稳定性测试69
• 4.5 本章小结69-71
• 结论71-72
• 参考文献72-78
• 致谢78

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本文编号：828263