硼酸盐体系锂离子电池正极材料的制备及性能研究

发布时间：2017-11-13 02:34

  本文关键词：硼酸盐体系锂离子电池正极材料的制备及性能研究

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【摘要】：硼酸盐正极材料具有理论容量高(220 m Ah·g-1),结构稳定,绿色环保,成本低廉等优势,是一种极具发展潜力的新型锂离子电池正极材料,近年来受到广泛关注。但较差的电导率和偏低的工作电压限制了材料的电化学性能,阻碍了其在储能领域的规模化应用。针对这一缺陷,通过探究新的合成方法以及采用碳包覆、纳米化和金属离子掺杂等手段来改善硼酸盐正极材料的电化学性能。在Li Mn BO3材料的合成与改性研究方面:采用微波固相法合成Li Mn BO3材料,该方法工艺简单,极大缩减合成周期,在功率为240 W,7 min条件即可制备出单斜型Li Mn BO3/C材料。电化学测试表明,材料在0.05 C倍率首周放电比容量达156.3m Ah·g-1,经50周循环容量仍保持在148.2m Ah·g-1,表现出较高的电化学容量。采用高温固相法在500、600和700℃分别合成了单斜型、单斜六方混合和六方型Li Mn BO3/C材料,经电化学性能测试,单斜型Li Mn BO3电化学性能优于六方型。探索了高温固相合成Li Mn BO3材料的最佳碳源为葡萄糖,碳含量以10wt%为宜。同时对Li Mn BO3材料进行掺杂改性研究,结果表明,掺杂Ag+、Mg2+和In3+后的Li Mn BO3材料电化学性能有所改善。采用溶胶凝胶法乙醇为溶剂制得单斜Li Mn BO3,乙酸为溶剂制得六方Li Mn BO3;该方法有利于减小材料粒径,缩短Li+扩散路径以提高材料电化学性能。在Li Fe BO3材料的合成与性能研究方面:采用高温固相法合成了Li Fe BO3/C材料。研究结果表明,以葡萄糖为碳源时,材料的结晶性良好,粒径分布均匀,0.05 C倍率下,首周放电比容量为153.6 m Ah·g-1,循环30周后,放电比容量为131.4 m Ah·g-1,表现出较优良的电化学性能。采用溶胶凝胶法,以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,柠檬酸为碳源制备出尺寸在40-60nm的Li Fe BO3/C材料。电化学性能测试表明,在电流密度为10 m A·g-1时,材料初始放电比容量达205.8m Ah·g-1。同时,材料还表现出相对较好的倍率稳定性能,说明纳米结构有利于提高材料的离子扩散。在复合材料的设计、合成与性能研究方面:采用高温固相法制备了不同比例的Li MnxFe1-xBO3复合材料。研究表明,随着铁含量升高,在充放电过程中材料的结构稳定性提高,极化减小,放电比容量相应增加。采用溶胶凝胶法合成了六方型Li Mn0.9V0.1BO3材料。研究结果表明,尽管Li Mn0.9V0.1BO3复合材料的初始放电比容量不高,但经30周循环后增至85.7 m Ah·g-1,相对六方型Li Mn BO3材料其电化学容量有了明显提升。Fe、V的加入提高了材料的导电性和结构稳定性,有效地改善了材料的电化学性能。
【学位授予单位】：新疆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912

【参考文献】

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1 庄全超;徐守冬;邱祥云;崔永丽;方亮;孙世刚;;锂离子电池的电化学阻抗谱分析[J];化学进展;2010年06期

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本文编号：1178751