锂离子电池正极材料LiMn_2O_4的高温固相合成及改性研究

发布时间：2017-04-20 02:17

  本文关键词：锂离子电池正极材料LiMn_2O_4的高温固相合成及改性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着经济社会的高速发展与电池技术的不断改进,锂离子电池的应用领域越来越广泛,需求也越来越迫切。尖晶石LiMn2O4因其成本低、资源丰富、可快速充放电和无污染等优点,被认为是非常有潜力的锂离子电池正极材料。然而,其缺点是由Jahn-Teller效应、锰的溶解、电解液的分解等原因而引起的循环性能较差。本论文通过掺杂金属阳离子、表面包覆改性等方式制备具有高能量密度、良好循环性能的尖晶石LiMn2O4材料,并且通过XRD、SEM、TEM、EDS等测试手段对前驱体、最终产物进行结构、元素和形貌的分析,采用循环伏安法、恒电流充放电测试对电极材料的电化学性能进行分析。本论文主要完成的工作如下： 1、稀土元素La掺杂改性尖晶石锰酸锂。采用高温固相法,研究了稀土元素La掺杂改性锰酸锂,制备了Li1.02LaxMn2-xO4(x=0,0.02,0.05,0.1)系列产物,探索了稀土元素掺杂对尖晶石锰酸锂电极材料物理特性、空间结构稳定性以及电化学性能的影响。XRD衍射峰表明该系列产物均为尖晶石结构。其中,Li1.02La0.05Mn1.95O4在室温0.5C条件下充放电循环200圈,放电比容量由116.5mAh g-1降为100.8mAhg-1,总的比容量保持率达到86.52%。 2、金属元素Al、Ti掺杂改性尖晶石锰酸锂。选择了Al和Ti掺杂改性锰酸锂,制备了Li1.02M0.02Mn1.98O4(M=Mn, Ti,Al)的系列产物,考察了不同掺杂元素对LiMn2O4电极材料结构和电化学性能方面的影响。实验结果表明：Li1.02Al0.02Mn1.98O4具有优秀的电化学性能,在室温1C条件下充放电循环205圈比容量由116.8mAh g-1降为106mAhg-1,总的比容量保持率为90.75%。 3、La203包覆改性尖晶石锰酸锂。采用机械球磨结合高温煅烧的方法分别制备了5wt.%La2O3包覆的LiMn2O4和5wt.%La2O3包覆的Li1.02La0.05Mn1.95O4正极材料。XRD衍射峰表明经过表面改性处理后的产物仍然为尖晶石结构。通过TEM、SEM、EDS等检测方法对样品进行元素和形貌的分析。实验结果表明通过La203表面改性处理,LiMn2O4和Li1.02La0.05Mn1.95O4电极材料电化学性能均有明显的提升。 4、刺球状尖晶石锰酸锂的制备。利用共沉淀法成功制备了纳米刺球状Mn02前驱体,然后采用高温固相法成功制备了尖晶石LiMn2O4正极材料。通过XRD.TEM、SEM等检测方法对前驱体、最终产物进行结构、元素和形貌的分析。电化学性能测试表明,刺球状LiMn2O4具有优异的电化学循环性能。
【关键词】：LiMn_2O_4 高温固相法 掺杂 包覆 La_2O_3 锂离子电池
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ131.11;TM912
【目录】：

• 目录4-7
• CONTENTS7-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-35
• 1.1 引言14-16
• 1.2 锂离子电池简介16-22
• 1.2.1 锂离子电池的发展简史16-19
• 1.2.2 锂离子电池的应用19
• 1.2.3 锂离子电池的特点19-20
• 1.2.4 锂离子电池的组成20-21
• 1.2.5 锂离子电池的工作原理21-22
• 1.3 尖晶石型LiMn_2O_4的研究进展22-26
• 1.3.1 尖晶石型LiMn_2O_4的晶体结构和充放电机理22-23
• 1.3.2 尖晶石型LiMn_2O_4容量衰减原因23-25
• 1.3.3 改善尖晶石型LiMn_2O_4材料性能研究25-26
• 1.4 尖晶石型LiMn_2O_4的合成方法26-28
• 1.4.1 高温固相合成法27
• 1.4.2 溶胶-凝胶法27-28
• 1.4.3 共沉淀法28
• 1.4.4 水热合成法28
• 1.4.5 其它合成方法28
• 1.5 研究LiMn_2O_4的意义及本文创新之处28-30
• 1.5.1 研究意义28-29
• 1.5.2 本文研究内容和创新之处29-30
• 1.6 参考文献30-35
• 第二章 合成及分析表征方法35-40
• 2.1 材料的合成35-37
• 2.1.1 主要原料与仪器设备35-36
• 2.1.2 合成方法36-37
• 2.1.3 测试电池电极的制备37
• 2.1.4 测试电池的组装37
• 2.2 分析表征方法37-39
• 2.2.1 结构和形貌分析37-38
• 2.2.2 电化学性能分析38-39
• 2.3 参考文献39-40
• 第三章 金属阳离子掺杂改性尖晶石锰酸锂40-48
• 3.1 引言40-41
• 3.2 Li_(1.02)La_xMn_(2-x)O_4的制备41-43
• 3.2.1 结构及形貌分析41-42
• 3.2.2 电化学性能分析42-43
• 3.3 Li_(1.02)M_(0.02)Mn_(1.98)O_4(M=Mn，Al,Ti)的制备43-46
• 3.3.1 结构及形貌分析44-45
• 3.3.2 电化学性能分析45-46
• 3.4 本章小结46
• 3.5 参考文献46-48
• 第四章 La_2O_3表面包覆改性尖晶石锰酸锂的研究48-61
• 4.1 引言48
• 4.2 La_2O_3表而包覆改性尖晶石LiMn_2O_4及其电化学性能48-55
• 4.2.1 机械球磨法合成La_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料48-49
• 4.2.2 La_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料的物理表征49-52
• 4.2.3 La_2O_3包覆LiMn_2O_4 正极材料的电化学性能52-55
• 4.3 La_2O_3表面包覆改性Li_(1.02)La_(0.05)Mn_(1.95)O_4及其电化学性能55-58
• 4.3.1 机械球磨法合成La_2O_3包覆Li_(1.02)La_(0.05)Mn(1.95)O_4正极材料55
• 4.3.2 La_2O_3包覆Li_(1.02)La_(0.05)Mn_(1.95)O_4正极材料的物理表征55-57
• 4.3.3 La_2O_3包覆Li_(1.02)La_(0.05)Mn_(1.95)O_4正极材料的电化学性能57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 4.5 参考文献59-61
• 第五章 刺球状LiMn_2O_4电极材料的初步研究61-67
• 5.1 引言61
• 5.2 纳米结构MnO_2的制备61-63
• 5.2.1 结构及形貌分析61-63
• 5.3 刺球状LiMn_2O_4的制备63-65
• 5.3.1 结构及形貌分析63-64
• 5.3.2 电化学性能分析64-65
• 5.4 本章小结65
• 5.5 参考文献65-67
• 第六章 结论67-69
• 致谢69-70
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文及获得的荣誉和奖励70-71
• 学位论文评阅及答辩情况表71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 唐致远;王雷;胡冉;;尖晶石型LiMn_2O_4容量衰减因素及改性研究进展[J];材料工程;2006年S1期

2 裘妙云,黄锦文;锂电池(二)[J];电池;1991年05期

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1 张会情;锂离子电池正极材料的合成及性能研究[D];河北工业大学;2004年

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