液晶模板辅助的锂离子正极材料合成及其电化学性能的研究

摘要

本论文使用胆甾醇辛酸酯液晶辅助水热法成功制备了LiMnPO4和LiMnPO4/C材料，并使用X射线衍射、X光电子能谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜法对产物结构和形貌进行表征。使用循环伏安、充放电、交流阻抗等方法测试LiMnPO4和LiMnPO4/C材料的电化学性能。用上述方法所制备的正交晶型LiMnPO4的(020)晶面在一定程度上优先生长，有利于缩短晶体结构中锂离子扩散通道。这种有序LiMnPO4/C材料拥有更好的倍率和循环性能，在0.1C倍率下首圈放电容量为156mAh g-1，100次充放电循环后仍存放电容量为145mAh g-1。结果表明胆甾醇辛酸酯液晶在形成选择性暴露(020)晶面结构中起着关键作用，这种结构有利于锂离子的脱出与嵌入。
　　使用液晶模板辅助法成功合成选择性暴露{010}晶面族的类木耳网孔状的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。这种结构的材料显示出了稳定的性能和快速的锂离子传递速率。电化学交流阻抗的测试表明LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作为电极材料具有良好的导电能力，其充放电性能、循环性能和倍率性能也得到了改善。类木耳网孔状的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在0.1C倍率下首圈放电容量为187.3mAh g-1，在5C倍率下首圈放电容量为132mAh g-1。
　　综上所述，胆甾醇辛酸酯液晶辅助了以上两种材料的生长，并呈现出模板作用和结构调制作用，添加少量液晶便可有利于LiMnPO4的(020)晶面和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的{010}晶面族优先形成与生长。液晶辅助合成法为未来锂离子电池正极材料的合成、修饰和研发提供了一种有效的新途径。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 锂离子电池概述

1．2．1 锂离子电池简介

1．2．2 锂离子电池工作原理和特点

1．2．3 正极材料研究进展

1．3 正极材料LiMnPO4及LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2研究进展

1．3．1 LiMnPO4研究进展

1．3．2 LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2研究现状

1．4 本论文的研究意义、目的及主要内容

第二章 实验部分

2．1 实验主要仪器和设备

2．1．1 合成实验所用主要仪器

2．1．2 材料表征测试主要设备

2．2 主要试剂及药品

2．2．2 LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2制备所用主要药品

2．2．3 电池装配所用主要药品

2．3 材料的表征方法

2．3．1 X射线衍射分析

2．3．2 场发射扫描电子显微镜分析

2．3．3 场发射透射电子显微镜分析

2．3．4 X射线光电子能谱分析

2．4 电池的电化学性能测试方法

2．4．1 锂离子电池的组装

2．4．2 恒电流充放电测试

2．4．3 交流阻抗测试

2．4．4 循环伏安测试

第三章 LiMnPO4液晶模板辅助合成及其性能研究

3．1 引言

3．2 实验

3．2．3 LiMnPO4和LiMnPO4／C材料的表征及测试

3．3 结果与讨论

3．3．2 LiMnPO4／C样品的XPS表征

3．3．3 LiMnPO4和LiMnPO4／C样品的SEM和TEM分析

3．3．4 液晶模板调控机理分析

3．3．5 LiMnPO4／C样品的充放电和循环性能

3．3．6 LiMnPO4／C样品的倍率性能

3．3．7 LiMnPO4／C样品的循环伏安

3．3．8 LiMnPO4／C样品的交流阻抗

3．4 小结

第四章 LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2液晶模板辅助合成及其性能研究

4．1 引言

4．2 实验

4．2．2 LiNi1／3Co1／3Mn1／3O2材料的表征及测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 LNCM样品的XRD分析

4．3．2 LNCM样品的XPS表征

4．3．3 LNCM样品的SEM和TEM分析

4．3．4 LNCM-N样品的充放电机理图

4．3．5 LNCM样品的充放电性能

4．3．6 LNCM样品的倍率性能

4．3．7 LNCM样品的循环性能

4．3．8 LNCM样品的循环伏安

4．3．9 LNCM样品的交流阻抗

4．4 小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获奖情况