层状-尖晶石锰基固溶体正极材料的制备及性能研究

摘要

随着能源问题和环境问题的日益严重，锂离子电池越来越受到人们关注。从最初的镉镍电池到如今已经相当普及的锂离子电池，无不是朝着更高容量、更快充电速度、更安全环保的方向发展。富锂锰基正极材料以其较高的比容量得到了研究者的青睐，但其首次不可逆容量较高、倍率性能较差，这些性能上的缺陷严重阻碍了富锂锰基材料走上商业化的道路。
　　为了改善富锂锰基材料面临的性能缺陷，本课题提出了一种新型的无钴富锂锰基层状-尖晶石正极材料。通过制备纳米尺寸的材料使容量进一步提升；并且在保持富锂锰基材料优异性能的同时，通过引入尖晶石结构材料提升倍率性能；此外，该材料摒弃了传统材料所含有的钴、镍元素，对成本的控制和对环境的影响起到了非常积极的作用。所得材料在0.1C倍率下放电比容量能达到232.2mA·h/g，5C倍率下实验组放电比容量为131.4mA·h/g，通过与传统共沉积法制备的材料相比，低倍率下放电比容量提高50.7mA·h/g，高倍率下放电比容量提升73.7mA·h/g。
　　本课题研究了实验条件对新型材料性能的影响，得到最优实验参数。在前驱体合成中，研究加热温度和保温时间对性能的影响，通过对比发现加热温度为200℃、保温时间为20h为最佳前驱体合成参数。在煅烧过程中，研究煅烧温度和煅烧时间对性能的影响，发现煅烧温度为600℃、煅烧时间为10h为最佳煅烧参数。尖晶石结构物质含量对材料的性能也有重要影响，发现层状材料Li2MnO3与尖晶石材料LiMn2O4之比7:3时，倍率性能提升最佳。最佳实验条件下得到的材料在低倍率0.1C放电比容量为244.5mA·h/g，高倍率5C放电比容量为170.9mA·h/g。

目录

第1章 绪 论

1.1引言

1.2锂离子电池的基本概述

1.3锂离子电池组成

1.4锂离子电池的应用

1.5正极材料

1.6本课题研究内容

第2章 实验流程及测试方法

2.1实验材料及设备

2.2材料物性表征

2.3电极片的制备及扣式电池的组装

2.4材料的电化学性能测试

第3章 层状-尖晶石锰基固溶体材料的制备及表征

3.1引言

3.2材料设计思路

3.3材料制备

3.4 X射线衍射分析

3.5微观形貌分析

3.6充放电性能测试

3.7倍率性能测试

3.8循环稳定性测试

3.9循环伏安测试

3.10本章小结

第4章 层状-尖晶石锰基固溶体材料性能的影响因素

4.1引言

4.2前驱体合成条件对层状-尖晶石锰基固溶体材料性能影响

4.3煅烧条件对层状-尖晶石锰基固溶体材料性能影响

4.4尖晶石结构材料含量对层状-尖晶石锰基固溶体材料性能影响

4.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢