掺杂锰酸锂的固相合成及其电化学性能

摘要

本论文以醋酸锂、醋酸锰、草酸为基本原料，添加醋酸钴或氟化锂或钼酸铵作为掺杂物，采用简单易行的低热固相反应法合成前驱体，然后在不同温度和不同时间下煅烧得最终产物。通过X-射线衍射(XRD)、热重一差示扫描量热(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)等表征手段，确定了所得产物均为尖晶石型的锰酸锂，分析研究了前驱体的热分解过程，表征了产物粒子的大小及其形貌。将所得产物装配成两电极模拟电池，测试其循环伏安(CV)、恒电流充放电性能。 本论文还研究了锰酸锂在不同基底材料上的电化学行为的差异，以寻求一种适合锰酸锂电极材料涂布的集流体，使其电化学性能能够较好的表现出来。 实验的主要结果如下： 1.充放电性能显示，铝箔和不锈钢网作为锂离子电池正极材料锰酸锂的导电基底材料时，电极的充放电库仑效率、放电容量均很高，铝箔作导电基底时电极的循环性能最好。 2.电化学性能测试表明，在煅烧温度为600-700℃，煅烧时间为24h，锂盐过量5％的条件下，样品的容量和衰减率都保持得较好。 3.掺杂元素F的富锂尖晶石型锰酸锂Li<,1+X>Mn<,2>O<,4>F<,y>，在x=0.05，y=0.5时，能够很好地抑制样品的容量衰减，改善电极材料的循环性能，充放电循环100次只衰减了30％。 4.单掺杂元素Mo的尖晶石型锰酸锂LiMn<,2-X>Mo<,2-X>O<,4>，在2.7V左右出现一个新的放电的平台，x=0.02，0.05时样品的初始容量分别为162mAh/g和165mAh/g，均高于不掺杂的尖晶石型锰酸锂(116mAh/g)，但是容量衰减明显快于不掺杂的尖晶石型锰酸锂。 5.双掺杂元素Mo和F的尖晶石型锰酸锂LiMn<,2-X>Mo<,X>O<,4-y>F<,y>，在2.7V左右也出现一个新的放电的平台，x=0.02，y=0.5时初始容量只有120 mAh/g，且容量衰减还是明显快于不掺杂的尖晶石型锰酸锂。 6.双掺杂元素Mo和Co的尖晶石型锰酸锂LiMn<,2-X-z>Mo<,X>CO<,z>O<,4>，在2.7V左右出现一个新的放电的平台，x=0.02，z=0.02时初始容量为139.85 mAh/g，但容量衰减比单掺杂Mo及双掺杂Mo和F的样品大大改善。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1能源开发与二次电池

1.2化学电源的简介

1.3锂离子电池的概述

1.3.1锂离子电池的发展简史

1.3.2锂离子二次电池的工作原理

1.3.3锂离子二次电池的正极材料

1.3.4锂离子二次电池的负极

1.3.5锂离子二次电池的电解液

1.3.6锂离子二次电池的隔膜材料和粘结剂材料

1.4锂离子电池正极材料的制备方法

1.4.1高温固相合成法

1.4.2微波烧结法

1.4.3共沉淀法

1.4.4溶胶-凝胶法

1.4.5 Pechini法

1.4.6低热固相合成法

1.5低热固相反应法的优点

1.6掺杂对尖晶石型锰酸锂性能的影响

1.7本论文的主要工作

参考文献

第二章低热固相反应法合成尖晶石型LiMn2O4及其结构与电化学性能

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1试剂与仪器

2.2.2锰酸锂的合成

2.2.3锰酸锂的电化学测试

2.3结果与讨论

2.3.1锰酸锂的XRD分析

2.3.2前驱体的TG-DSC分析

2.3.3锰酸锰的电化学测试

2.4结论

参考文献

第三章合成条件对锰酸锂电化学性能的影响

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1试剂与仪器

3.2.2 锰酸锂的合成

3.2.3电化学性能的测试

3.3结果与讨论

3.3.1合成温度对锰酸锂性能的影响

3.3.2合成时间对锰酸锂性能的影响

3.3.3反应物比例对锰酸锂性能的影响

3.4结论

参考文献

第四章集流体对锰酸锂的电化学性能的影响

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1试剂与仪器

4.2.2锰酸锂的合成

4.2.3基底的处理

4.2.4锰酸锂的电化学性能的测试

4.3结果与讨论

4.4结论

参考文献

第五章元素氟掺杂对尖晶石型Li1+xMn2O4-yFy电化学性能的影响

5.1前言

5.2实验部分

5.2.1试剂与仪器

5.2.2 Li1+xMn2O4-yFy的合成

5.2.3 Li1+xMn2O4-yFy的电化学性能的测试

5.3结果与讨论

5.3.1样品的XRD分析

5.3.2样品的SEM分析

5.3.3样品的IR分析

5.3.4样品的电化学性能表征

5.4结论

参考文献

第六章元素Mo单掺杂及其与其他元素复合掺杂的尖晶石型锰酸锂的电化学性能

6.1前言

6.2实验部分

6.2.1试剂与仪器

6.2.2样品的制备

6.2.3电化学性能的测试

6.3结果与讨论

6.3.1样品的XRD分析

6.3.2样品的电化学性能的测试

6.4结论

参考文献

攻读硕士学位期间已发表和待发表的工作

致谢