富锂正极材料Li1.2Co0.4Mn0.4O2的制备与电化学性能研究

摘要

如今，富锂层状正极材料凭借其出色的物理化学性能，譬如较高的充电电压、较高的放电比容量，优异的热稳定性等特点，成为具有研究价值和应用前景的新一代锂离子电池正极材料。但是富锂层状材料的发展也遇到了很大的瓶颈，首当其冲的便是首次不可逆容量损失太大，并且其倍率性能和循环性能还有待提高。最近科研工作者对富锂层状材料的研究集中于以上几点。
　　首先，本文利用溶剂热法制备出两种纳米/微米分级结构，这种结构的主要特点为材料主体是处于微米尺寸，但是材料内部由纳米尺寸的条状物或者颗粒构成。这种结构具备纳米和微米结构的双重优势，微米结构能够利用微米颗粒的优势，减少材料与电解液的副反应；另外纳米结构能够缩短锂离子扩散路径，提升锂离子在电化学反应中的扩散速率，提供更多与电解液的接触面积。与多孔球状结果（标记为P-LCM）相比，微纳球状结果（标记为H-LCM）表现出更好的电化学性能，在较高电流密度下，H-LCM的优势更加明显。H-LCM在200mA g的电流密度下，首次的放电比容量为173.38mA h g，在100次循环后，其容量保持率为76.55％（放电比容量132.73mA h/g）。恒电流间歇滴定法（GITT）的结构表明H-LCM中锂离子迁移速率比P-LCM更快，H-LCM有着更高的动力学参数，这说明H-LCM这种纳米/微米分级结构的设计更为成功。
　　接着，本文利用自蔓延燃烧法成功合成了碳包覆Li1.2Mn0.4Co0.4O2材料，设计对照试验优化自蔓延燃烧法的反应温度和时间，分别是900℃、15h最佳。另外，本文比较三种不同的糖源，蔗糖表现最佳，值得注意的是，蔗糖的含量也非常重要。通过与固相法得到样品（SS-LCM）的比较，自蔓延燃烧法得到的样品（SC-LCM）表现出更好的电化学性能。就SC-LCM而言，在200mA g的电流密度下，首次的放电比容量为166.01mA h g，在50次循环后，其容量保持率为85.98%（放电比容量142.74mA h/g）。这个优异的电化学性能主要归因于在自蔓延燃烧过程中合成的碳包覆层。本文通过EDX、TEM以及XPS证实了该碳包覆层的存在。碳包覆层对提升材料的电化学性能很有帮助，一方面，通过循环过程中充放电曲线对应的微分容量曲线证实碳包覆层能够保护材料与电解液的直接接触，减缓层状结构向尖晶石结构转变的速率；另一方面，通过交流阻抗测试证实碳包覆层作为导电材料，能够提高锂离子迁移速率，提高倍率性能。

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第1章 绪 论

1.1富锂层状材料研究的背景与意义

1.2富锂层状正极材料的特点

1.3富锂层状正极材料存在问题及研究现状

1.4本论文的研究思路及研究内容

第2章 实验原料及实验方法

2.1实验药品及仪器

2.2制备方法

2.3材料的物理性质的表征方法

2.4电池组装以及电化学性能测试

第3章 溶剂热法制备Li1.2Co0.4Mn0.4O2材料

3.1多孔球状结构Li1.2Co0.4Mn0.4O2材料的制备

3.2微纳球状结构Li1.2Co0.4Mn0.4O2材料的制备

3.3样品形貌对锂离子扩散系数的影响

3.4本章小结

第4章 自蔓延燃烧法制备Li1.2Co0.4Mn0.4O2材料

4.1烧结温度对Li1.2Co0.4Mn0.4O2材料的影响

4.2烧结时间对Li1.2Co0.4Mn0.4O2材料的影响

4.3蔗糖含量对Li1.2Co0.4Mn0.4O2材料的影响

4.4不同糖源对Li1.2Co0.4Mn0.4O2材料的影响

4.5自蔓延燃烧法与传统固相法的比较

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文及其它成果

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