纳米结构尖晶石锰酸锂的合成与表征

摘要

用尖晶石锰酸锂(LiMn<,2>O<,4>)做为正极材料,以其具有三维隧道结构、较好的嵌入脱出性能、放电电压高、充电安全且锰资源丰富、成本低廉、无污染等优点,已成为取代商品化的LiCoO<,2>的首选材料,也是最有前景的锂离子电池正极材料.采用诸如水热法,Sol-Gel法等软化学法得到的尖晶石LiMn2O4产物组分均匀,颗粒小且分布均匀、罕有团聚现象.所以许多科研小组把注意力放在软化学法上并取得了一定的成果.该文以CTAMnO<,4>为前驱物,采用高价锰还原的形式与LiOH低温水热反应,在70℃~190℃温度区间成功制备出了分别具有纳米颗粒形貌和具有球形纳米结构形貌的纯相尖晶石LiMn<,2>O<,4>.据文献调研可知,这是首次以最低70℃的条件下水热合成纯相尖晶石LiMn<,2>O<,4>.合成的纳米颗粒尺寸在~15nm且均匀,750℃培烧5h后颗粒变大但仍是均匀的纳米级颗粒;球形纳米结构是由众多一级纳米颗粒构成,球的尺寸大小为200nm左右.在合成过程中,合成时间与合成温度都对纳米结构的形成有着重要的影响.合成时间越长、温度越高越不利于纳米结构的形成.合成温度一般控制在130℃以下.制备的纳米结构热稳定性良好,以90℃水热合成的样品为例,在500℃下培烧5h后,纳米结构基本上没有被破坏.合成时间及合成温度对纳米结构的破坏与培烧对纳米结构的破坏有着不同的过程.经电化学性能测试显示,采用具有纳米结构的样品组装的电池循环性良好.以130℃水热合成并在300℃培烧5h后的样品为例,经过50次以C/2倍率充放电循环后,放电容量损失为11.4％.该文最后简单介绍了CTAMnO<,4>与NaOH,KOH的水热反映情况.在130℃以及较短的反应时间(6h)内,分别合成了两种层状锰氧化物Na-Birnessite(Na-OL-1)与K-Birnessite(K-OL-1).

目录

文摘

英文文摘

第一章尖晶石LiMn2O4正极材料介绍

§1.1引言

§1.2不同种类正极材料简介

§1.3正极材料LiMn2O4的容量衰减研究

§1.3.1正极材料LiMn2O4的容量衰减分析

§1.3.2解决容量衰减的对策

§1.4尖晶石LiMn2O4的主要合成方法

§1.4.1高温固相法

§1.4.2 Sol-gel(溶胶-凝胶法)法

§1.4.3 Pechini法及简化的Pechini法

§1.4.4共沉淀法

§1.4.5熔融浸渍法

§1.4.6溶剂热合成法与水热合成法

§1.5论文工作调研及设计方案

参考文献

第二章纳米尖晶石锰酸锂和球形纳米结构尖晶石锰酸锂的合成与表征

§2.1引言

§2.2材料制备与表征

§2.2.1合成原料及设备

§2.2.2水热法合成步骤

§2.2.3样品表征所用的仪器和设备

§2.2.4水热条件下CTAMnO4的稳定性

§2.3尖晶石LiMn2O4的合成及其影响因素的研究

§2.3.1尖晶石LiMn2O4的合成

§2.3.2合成温度的影响

§2.3.3合成时间的影响

§2.3.4 LiOH浓度影响

小结

§2.4纳米结构尖晶石锰酸锂

§2.4.1纳米结构尖晶石锰酸锂的形貌

§2.4.2球形纳米结构的形成机理

§2.4.3纳米结构的热稳定性研究

小结

§2.5纳米颗粒尖晶石锰酸锂

§2.5.1纳米颗粒尖晶石锰酸锂的形成

§2.5.2培烧对纳米颗粒的影响

小结

§2.6总结

参考文献

第三章电化学性能研究及展望

§3.1引言

§3.2电化学性能测试

§3.2.1试剂及设备

§3.2.2电池组装及测试

§3.3电化学测试及数据分析

§3.4总结及展望

参考文献

第四章其它碱与CTAMnO4的水热反应

§4.1引言

§4.2实验数据及分析

§4.3总结

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢