基于层状前体的锂离子电池电极材料的制备及性能研究

论文摘要

本论文以层状材料为前体，采用原位氧化插层法制备了锂离子电池层状正交结构LiMnO2和掺钴Lix[CoyMn1-y]O2（y=0.1、0.3、0.5）正极材料；采用层状双羟基复合金属氧化物（LDHs）前体直接焙烧方法，制备了锂离子电池尖晶石型MFe2O4（M=Ni、Co、Ni-Zn、Zn）负极材料。采用XRD、in situ HT-XRD、ICP、7Li-MAS-NMR、FT-IR、TG-DTA-DTG-EGMS、TEM、HR-TEM和电化学测试等手段对合成工艺、反应机理以及材料组成结构和电化学性能之间的关系进行了研究，确定了影响材料电化学性能的主要因素。 采用原位氧化插层法，以层状Mn（OH）2作为反应前体，以（NH4）2S2O8作为氧化剂，以LiOH作为锂源同时提供插层反应助力并控制氧化反应进度，在温和条件下，原位合成出纳米级高含锂量片状正交结构LiMnO2（ο-LiMnO2）。ο-LiMnO2作为锂离子电池正极材料首次充电容量为243mAh·g-1，首次可逆容量为220mAh·g-1，30周循环后可逆容量为192mAh·g-1。 以Mn（OH）2和Co（OH）2的共沉淀作为前体，采用原位氧化插层法，可以合成出不同掺钴量的纳米级锂离子电池正极材料Lix[CoyMn1-y]O2（y=0.1，0.3，0.5）。当Co元素含量为y=0.5时，产物具有与层状LiCoO2相同的α-NaFeO2结构，Co元素可以有效抑

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子电池概况
• 1.1.1 锂电池的发展历程
• 1.1.2 锂离子电池与其他二次电池的性能比较及特点
• 1.1.3 锂离子电池的结构及工作原理
• 1.2 锂离子电池正极材料
• 1.2.1 钴酸锂
• 1.2.2 镍酸锂
• 1.2.3 锂钒氧化物体系
• 1.2.4 锂锰氧化物体系
• 2O₄'>1.2.4.1 尖晶石型LiMn₂O₄
• 2'>1.2.4.2 正交结构LiMnO₂
• 2'>1.2.4.3 单斜结构LiMnO₂
• 1.2.5 过渡金属氧化物的掺杂及表面修饰
• 1.2.6 聚阴离子型正极材料
• 1.3 锂离子电池负极材料
• 1.3.1 石墨化碳材料
• 1.3.2 无定形碳材料
• 1.3.3 氮化物
• 1.3.4 硅基材料
• 1.3.5 锡基材料
• 1.3.6 新型合金
• 1.3.7 复合金属氧化物
• 1.3.8 其他负极材料
• 1.4 锂离子电池电解质
• 1.4.1 非水液体电解质
• 1.4.2 聚合物电解质
• 1.4.3 无机固体电解质
• 1.5 论文选题的目的和意义
• 参考文献
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验试剂
• 2.2 合成仪器
• 2.3 表征方法
• 2.3.1 X射线衍射分析
• 2.3.2 电感耦合等离子体原子发射光谱
• 2.3.3 固体核磁共振
• 2.3.4 傅立叶变换红外光谱分析
• 2.3.5 热分析-质谱联用
• 2.3.6 比表面积测试
• 2.3.7 透射电镜
• 2.3.8 激光粒度分析
• 2.3.9 电池测试
• 2的结构及电化学性能研究'>第三章 原位氧化插层法制备锂离子电池层状正极材料---正交LiMnO₂的结构及电化学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 样品制备
• 2影响因素的考察'>3.3 原位氧化插层法制备正交LiMnO₂影响因素的考察
• 3.3.1 锂化剂对产物的影响
• 3.3.2 氧化剂对产物的影响
• 3.3.3 插层前体晶化时间对产物的影响
• 3.3.4 洗涤条件的影响及插锂位置表征
• 2热稳定性表征'>3.3.5 o-LiMnO₂热稳定性表征
• 2结构表征'>3.3.6 优化条件下o-LiMnO₂结构表征
• 2电化学性能表征'>3.4 o-LiMnO₂电化学性能表征
• 3.5 小结
• 参考文献
• x[Co_yMn_1-y]O₂的结构及电化学性能研究'>第四章 原位氧化插层法制备锂离子电池层状正极材料---掺钴Li_x[Co_yMn_1-y]O₂的结构及电化学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 样品制备
• x[Co_yMn_1-y]O₂（y=0.1、0.3、0.5）结构组成表征'>4.3 掺钴Li_x[Co_yMn_1-y]O₂（y=0.1、0.3、0.5）结构组成表征
• 4.3.1 不同含量掺杂元素对产物结构的影响
• 4.3.2 掺杂产物化学组成表征
• 0.84[Co_0.51Mn_0.52]O₂热稳定性表征'>4.3.3 层状Li_0.84[Co_0.51Mn_0.52]O₂热稳定性表征
• x[Co_yMn_1-y]O₂（y=0.1、0.3、0.5）电化学性能表征'>4.4 掺钴Li_x[Co_yMn_1-y]O₂（y=0.1、0.3、0.5）电化学性能表征
• 4.5 小结
• 参考文献
• 2+-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs的制备及热分解行为分析'>第五章 层状前体法制备锂离子电池尖晶石型负极材料---层状前体M²⁺-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs的制备及热分解行为分析
• 5.1 引言
• 5.2 样品制备
• 2+Fe³⁺-SO₄^2--LDHs的制备'>5.2.1 Fe²⁺Fe³⁺-SO₄^2--LDHs的制备
• 2+-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs（M=Ni、Co、Ni-Zn）的制备'>5.2.2 M²⁺-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs（M=Ni、Co、Ni-Zn）的制备
• 2+-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs（M=Fe、Ni、Co、Ni-Zn）结构表征'>5.3 M²⁺-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs（M=Fe、Ni、Co、Ni-Zn）结构表征
• 2+-Fe²⁺-Fe³⁺SO₄^2--LDHS（M=Fe、Ni、Co、Ni-Zn）热分解行为分析'>5.4 M²⁺-Fe²⁺-Fe³⁺SO₄^2--LDHS（M=Fe、Ni、Co、Ni-Zn）热分解行为分析
• 2+-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs热分解行为分析'>5.4.1 Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs热分解行为分析
• 2+-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs热分解行为分析'>5.4.2 Ni²⁺-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs热分解行为分析
• 2+-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs热分解行为分析'>5.4.3 Co²⁺-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs热分解行为分析
• 2+-Zn²⁺-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs热分解行为分析'>5.4.4 Ni²⁺-Zn²⁺-Fe²⁺-Fe³⁺-SO₄^2--LDHs热分解行为分析
• 5.5 小结
• 参考文献
• 2O₄的结构及电化学性能研究'>第六章 层状前体法制备锂离子电池尖晶石型负极材料---MFe₂O₄的结构及电化学性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 样品制备
• 2O₄结构及电化学性能研究'>6.3 NiFe₂O₄结构及电化学性能研究
• 2O₄结构及形貌的影响'>6.3.1 焙烧温度对NiFe₂O₄结构及形貌的影响
• 2O₄电化学性能的影响'>6.3.2 焙烧温度对NiFe₂O₄电化学性能的影响
• 2O₄结构及微观形貌的影响'>6.3.3 焙烧时间对NiFe₂O₄结构及微观形貌的影响
• 2O₄电化学性能的影响'>6.3.4 焙烧时间对NiFe₂O₄电化学性能的影响
• 2O₄电化学反应机理'>6.4 NiFe₂O₄电化学反应机理
• 2O₄电化学性能研究'>6.5 CoFe₂O₄电化学性能研究
• 0.33Zn_0.66Fe₂O₄电化学性能研究'>6.6 Ni_0.33Zn_0.66Fe₂O₄电化学性能研究
• 6.7 小结
• 参考文献
• 2O₄的结构及电化学性能研究'>第七章 层状前体法制备锂离子电池尖晶石型负极材料---高比表面ZnFe₂O₄的结构及电化学性能研究
• 7.1 引言
• 7.2 样品制备
• Ⅲ-SO₄^2--LDHs的制备'>7.2.1 ZnFe^Ⅲ-SO₄^2--LDHs的制备
• 2O₄的制备'>7.2.2 ZnFe₂O₄的制备
• Ⅲ-SO₄^2-LDHs结构表征'>7.3 前体ZnFe^Ⅲ-SO₄^2-LDHs结构表征
• 7.4 焙烧产物结构表征
• 2O₄结构表征'>7.4.1 ZnFe₂O₄结构表征
• 2O₄比表面积表征'>7.4.2 ZnFe₂O₄比表面积表征
• 2O₄电化学性能表征'>7.5 ZnFe₂O₄电化学性能表征
• 7.6 小结
• 参考文献
• 第八章 结论及展望
• 8.1 结论
• 8.2 论文创新点
• 8.3 展望
• 研究成果及发表的学术论文
• 致谢
• 作者及导师简介