锂离子电池LiNi0.5Mn1.5O4正极材料和哌啶型离子液体混合电解液的研究

摘要

尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4正极材料具有工作电压高、比能量大、无污染和使用寿命长等优点，在动力型锂离子电池中具有广阔的应用前景。但在实际应用中，材料也存在一些问题，如制备过程控制不易，会有杂相生成；材料的循环稳定性也需改善；尤其作为5V高电压材料，没有适合的耐高压电解液。因此，本文对锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备及改性进行了研究，并开发了适合高电压正极材料的哌啶型离子液体混合电解液。
　　一、以Mn(CH3COO)2、Ni(CH3COO)2和CH3COOLi为原料，采用流变相法制备正极材料 LiNi0.5Mn1.5O4，对烧结温度、时间、以及配锂量等合成条件进行了优化。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和恒流充放电仪对材料的物相、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明，在锂源过量5％，850℃煅烧6h合成的材料具有最好的电化学性能，以0.1 C倍率下放电比容量为127.1mAh/g，50次循环后，容量保持率为95.4%。
　　二、以Mn(CH3COO)2、Ni(CH3COO)2、CH3COOLi和Al(NO3)3·9H2O为原料，采用喷雾干燥法制备正极材料LiNi0.5-x Al2xMn1.5-xO4。采用XRD、SEM和恒流充放电仪对材料的物相、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明，Al掺杂量为0.05%时合成的材料具有最好的电化学性能，以0.1 C倍率下放电比容量为123.5mAh/g，50次循环后，容量保持率为98.6%，循环性能良好。
　　三、采用两步恒温回流法合成了 N-甲基-N-乙（丙,丁）基哌啶二(三氟甲基磺酰)亚胺( PP12（3,4）TFSI)离子液体，并与有机溶剂碳酸乙烯酯( EC)、碳酸二甲酯( DMC)，制备成1 mol/ L LiPF6/ PP12（3,4）TFSI+ EC+ DMC混合电解液。核磁共振(NMR)与红外光谱分析（IR）表明，合成的离子液体纯度较高。热重分析( TG)结果表明:离子液体的添加减少了有机溶剂的挥发，其体积含量越高，相同温度下混合电解液的质量损失越少。以150mAh/g在3.0-4.35 V之间，使用1 mol/ L LiPF6/δPP12（3,4)-TFSI+(1-δ) EC/DMC(体积比1：1)混合电解液的Li/ LiCoO2电池，200圈循环后容量保持率较纯有机溶剂电解液高，循环性能得到改善，其中PP13TFSI的含量为10%时，效果相对较好。

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第一章 绪 论

1.1锂离子电池的简介

1.2尖晶石型正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的研究进展

1.3离子液体电解液概述

1.4本论文的选题意义和研究内容

第二章 实验部分

2.1实验药品

2.2实验仪器与设备

2.3 材料的结构特征分析

2.4 材料的电化学表征

第三章 LiNi0.5Mn1.5O4的制备及电化学性能表征

3.1 引言

3.2正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 Al离子掺杂对正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能的影响

4.1 引言

4.2 LiNi0.5-x Al 2xMn1.5-xO4材料的制备

4.3 结果与讨论

4.4本章小结

第五章 离子液体混合电解液对LiCoO2电池电化学性能的影响

5.1 引言

5.2 哌啶类离子液体的合成

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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