xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Mn,Co,Ni)电极材料的合成及电化学性能测试

摘要

锂离子电池具有使用寿命长，存储容量高和效率高的特点，因此成为21世纪绿色环保电池中的首选。在电子消费市场中，锂离子电池处于领先地位，他们应用于一些列的便携式电子设备中，诸如手机，笔记本电脑等，锂离子电池还被应用到电动汽车领域。然而，能量存储密度，高倍率充放电等问题一直是锂电池进一步开发潜在市场的瓶颈。近段时间如何提高二次锂离子电池的比容量成为科学界和工业界最具吸引的主题之一。
　　本篇论文中我们采用溶胶-凝胶法合成正极材料xLi2MnO3·（1-x）LiMn0.3Ni0.4Co0.3O2(x=0，0.2,0.4,0.6)，柠檬酸作络合剂，通过热重分析干凝胶热稳定性，发现高温煅烧温度至少要高于500℃才能使有机物充分分解。
　　对前躯体进行物相表征，通过X射线衍射（XRD），确定了材料xLi2MnO3·（1-x）LiMn0.3Ni0.4Co0.3O2(x=0,0.2,0.4,0.6)具有α-NaFeO2层状结构，属于六方晶型结构，R-3m空间群，随着X值的增加，Li2MnO3的含量增多，征衍射峰（020）越来越明显。且四价锰离子含量增加导致晶格参数a值减小。扫描电子显微镜（SEM）观察到几种材料的颗粒尺寸大约在100nm-1.6μm之间，颗粒分布紧凑，且粒径很小。
　　将组装好的纽扣电池在恒流条件下进行充电放电测试。电压为2.5-4.5V，电流密度为20mAh/g时，材料0.2Li2MnO3·0.8LiMn0.3Ni0.4Co0.3O2具有最高的放电比容量即253mAh/g到234mAh/g。但循环过程中稳定性不如正极材料0.6Li2MnO3·0.4LiMn0.3Ni0.4Co0.3O2。经过40次不同倍率充放电循环过后，容量保持率为79.05％。
　　探索采用溶胶-凝胶法合成0.2Li2MnO3·0.8LiMn0.3Ni0.4Co0.3O2的最佳工艺条件。发现pH值在9～10之间时产物晶化程度很高，颗粒分布均匀，电压为2.5～4.5V，电流密度为20mA/g条件下放电比容量达到228mAh/g，循环20周期后容量保持率为83.4%。且材料在电压为2.5～4.5V，不同倍率条件下循环30次后，放电比容量仍能保持在225～203mAh/g。在40次循环过后容量平均保持率为80.24%。在750℃高温烧结后的产物晶体结构更完整，粒径最小，在电压为2.5～4.5V，电流密度为20mA/g时放电比容量达到230mAh/g，经过20次循环后容量保持率为83.4%。且材料在电压为2.5～4.5V，不同倍率条件下循环30次后，放电比容量仍能保持在225～202mAh/g。在40次循环过后容量平均保持率为80%。

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第一章 引言

1.1概述

1.2 锂离子电池结构

1.3 正极材料的制备方法

1.4 正极材料的改性

1.5 选题意义和研究内容

第二章 材料合成及测试方法

2.1 材料合成

2.2 材料表征方法

2.3 扣式电池的组装

2.4 电化学性能测试

第三章 溶胶-凝胶法制备正极材料及性能测试

3.1 正极材料的制备

3.2 XRD衍射分析

3.3 扫描电子显微镜（SEM）分析

3.4 电化学性能测试

3.5 本章小结

第四章0.2Li2MnO3·0.8LiMn0.3Ni0.4Co0.3O2的合成与条件优化

4.1 pH值对0.2Li2MnO3·0.8LiMn0.3Ni0.4Co0.3O2的影响

4.2 温度对0.2Li2MnO3·0.8LiMn0.3Ni0.4Co0.3O2的影响

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2 现状与展望

致谢

参考文献

附录