LiNi0.45M0.10Mn1.45O4薄膜的生长及其电化学性质

摘要

当今时代，国内外锂离子电池快速发展，小到广泛应用于手机、数码相机和笔记本电脑等微型电子设备、大到通信技术和移动存储等领域，人们对锂离子电池性能和应用也提出了越来越高的要求。电池性能的好坏更多是由正极材料决定，因此发展结构性能稳定，高工作电压，以及高能量密度的正极材料受到了人们的普遍关注。尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）材料不仅具备上述优势而且价格低廉，对环境友好，是极具科研价值和应用前景的一种正极材料。
　　掺杂改性是提高薄膜电极材料容量保持率和大电流放电能力的一种方法，本文在LNMO材料的基础上掺杂了Fe3+，首先采用了高温固相烧结的方法成功制备了尖晶石结构的LiNi0.45Fe0.10Mn1.45O4（LNFMO）靶材，通过TG/DTA、XRD以及EDAX的表征手段分析了靶材的结构特性，得到了纯相的LNFMO靶材。其次，以LNFMO靶材为原材料，采用脉冲激光沉积技术（PLD）制备LNFMO薄膜。通过改变沉积温度、氧气压强和沉积时间来研究不同工艺参数对薄膜结晶性能和电化学特性的影响，薄膜的XRD和FSEM的测试结果表明，在沉积温度为750℃、沉积时间为3h的条件时，薄膜的结晶性能最好。之后，又针对薄膜的电化学性能做了相应的充放电循环性能测试和倍率测试，测试结果表明，在激光能量密度为2J/cm2，镀膜温度为750℃，氧气压强为31Pa、沉积时间为3h的情况下可以获得循环性能和倍率特性稳定的LNFMO薄膜电极材料。
　　最后实验采用了同样的制备方法得到了Co3+掺杂的LiNi0.45Co0.10Mn1.45O4（LNCMO）薄膜，对LNFMO和LNCMO薄膜的充放电循环性能和高倍率放电特性进行了比较和分析，测试结果表明掺杂钴元素的LNCMO薄膜材料在恒流充放电的情况下更容易获得较高的可逆容量；而掺杂铁元素的LNFMO薄膜更容易获得大电流的充放电能力。与未掺杂的LNMO薄膜相比，M3+（M=Fe/Co）的掺杂改性有助于提高薄膜的可逆容量及大电流放电能力。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2薄膜锂离子电池概述

1.3 锂离子电池正极材料简介

1.4 三元薄膜正极材料研究进展

1.5 本文主要研究内容

2材料的制备和实验方法

2.1 实验材料及设备

2.2 实验方法

2.3 材料特性的表征方法

2.4 材料的电化学性能测试

3成膜参数对LNFMO薄膜正极材料性能的影响

3.1 LNFMO靶材的表征

3.2 温度对LNFMO薄膜结构和电化学性能的影响

3.3 氧压对LNFMO薄膜结构和电化学性能的影响

3.4 时间对LNFMO薄膜结构和电化学性能的影响

3.5 本章小结

4掺杂元素对LNMO薄膜电化学性能的影响

4.1 LNMMO靶材/薄膜的XRD分析

4.2 LNMMO薄膜的电化学性能分析

4.3 本章小结

5总结

5.1 本文主要研究内容

5.2 未来展望

致谢

参考文献