提高Li-MnO2电池的比容量和倍率性能研究

摘要

锂-二氧化锰一次电池是一种具有较高比容量和比功率的锂一次电池体系,不仅在军事领域当中有所应用,也被广泛的应用在日常生活中的一些便携式电子设备当中,但是这种电池体系在大倍率放电使用时的容量衰减十分严重,其放电性能主要被正极活性物质电解二氧化锰(EMD)所限制。本论文研究了高能球磨粉碎和糅合处理对EMD形貌、结构和放电性能影响,旨在提高电池的放电比容量和大倍率放电性能。
　　研究了高能球磨粉碎处理对EMD结构和性能的影响。SEM和TEM的测试结果表明,EMD经过高能球磨粉碎处理后表面形貌发生较大变化,由不规则的块状结构变成了颗粒较小的球形,颗粒直径明显减小,大部分的颗粒直径在纳米级别,其中最大颗粒直径在小于约5μm;XRD的测试结果表明,EMD经过高能球磨粉碎处理后的晶型结构未发生明显变化,热处理之前为γ晶型,400℃热处理12h后都会转变成γ与β混合晶型。电化学测试结果表明EMD经过高能球磨粉碎处理后的放电性能优于商品化EMD,0.1C时的放电比容量比商品EMD高出26％左右。
　　研究了热处理温度和冷却方式对高能球磨粉碎的EMD放电性能影响。XRD测试表明当EMD进行热处理之后由γ-MnO2向β-MnO2转化,当温度为450℃时全部转化成2β-MnO;恒流放电测试结果表明EMD经过400℃热处理后放电性能最佳,当放电倍率为0.1C时的放电比容量为242mAh·g-1。采用淬冷方式冷却未改变EMD晶型结构,但使得颗粒边缘更为圆滑,在不同倍率下放电平台电压有所提高。
　　采用不同打浆方式制备二氧化锰电极,研究表明机械打浆所制备电池倍率放电性能更优。采用PVDF粘结剂,在放电倍率为0.1C、0.5C和1C时,放电比容量比LA-132粘结剂分别高出17%、19%和19%。当EMD中添加CFx后,在0.1C、0.5C和1C这三种倍率下的放电比容量分别为286、169、163mAh·g-1,表明电池的倍率放电性能得到明显改善。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 一次电池的一般特性及其应用

1.3 锂一次电池概述

1.4 锂-二氧化锰一次电池概述

1.5 电解二氧化锰概述

1.6 论文的选题意义及研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验试剂与仪器

2.2 材料的前处理

2.3 材料的物理表征

2.4 制备正极与组装电池

2.5 电化学性能测试

2.6 本章小结

第3章 高能球磨粉碎处理对EMD放电性能的影响

3.1 高能球磨粉碎处理后EMD的表征

3.2高能球磨粉碎处理对EMD倍率放电性能的影响

3.3高能球磨粉碎处理对EMD高低温放电性能的影响

3.4本章小结

第4章 热处理对高能球磨粉碎的EMD放电性能的影响

4.1热处理温度对高能球磨粉碎处理的EMD形貌和结构的影响

4.2热处理温度对高能球磨粉碎处理的EMD电化学性能的影响

4.3冷却方式对高能球磨粉碎处理的EMD电化学性能的影响

4.4本章小结

第5章 二氧化锰电极制备工艺研究

5.1制浆方式的影响

5.2粘结剂对电池性能的影响

5.3 EMD中掺杂CFx对电池性能影响

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢