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锂离子电池正极材料LiMnPO4的掺杂研究

2020-12-11阅读(575)

锂离子电池正极材料LiMnPO4的掺杂研究

论文摘要

橄榄石型锂离子电池正极材料LiMnPO4是一种具有开发和应用潜力的材料，具有理论比容量高、热稳定性好、安全性能优越、原料来源广泛、价格便宜、对环境友好等优点，近年来引起了人们的广泛关注。但是由于合成方法的不同得到的LiMnPO4的电化学性能存在很大差异，另外未掺杂的LiMnPO4由于电子导电率极低而造成可逆容量低，大电流放电性能差。针对这种情况本文通过不同方法合成得到了复合材料LiMnPO4/C，并通过金属离子掺杂对材料进行了改性研究。本文分别采用共沉淀法和溶胶-凝胶法合成了LiMnPO4/C、LiMnPO4/C/Ag、Li（1-2x）MxMnPO4/C（M=Mg、Ni、Cu）材料。通过IR、XRD、ESEM、恒流充放电测试和交流阻抗测试等手段对合成样品的结构、形貌及电化学性能进行了研究，重点研究了焙烧温度、焙烧时间、掺碳量、掺杂比例等对材料结构及电化学性能的影响。结构分析结果表明采用共沉淀法及溶胶-凝胶法制备的前驱体在空气气氛中于不同温度焙烧后均可以得到橄榄石结构的产品，空间群属于Pmnb。ESEM分析结果表明碳含量对材料形貌产生重大影响，样品颗粒随碳含量的增加而变小。电化学性能测试结果表明：采用溶胶-凝胶法合成的材料电化学性能比用共沉淀法的好，其中以前驱体中加入20wt%导电碳的产品性能最佳，但最佳烧结温度因组成的不同略有差异。400℃焙烧得到的未掺杂的LiMnPO4/C电化学性能最好，在1/50C下首次放电比容量达到156mAh/g，达到理论容量的92%，循环60次之后保持在51mAh/g；掺杂的Li（1-2x）MxMnPO4/C（M=Mg、Ni、Cu）体系中，400℃焙烧得到的Li0.94Mg0.03MnPO4/C和Li0.84Ni0.08MnPO4/C具有最好的电化学性能，在1/50C下首次放电比容量都达到146mAh/g，循环60次之后分别保持在116mAh/g和80mAh/g；500℃焙烧得到的Li0.98Cu0.01MnPO4/C具有最好的电化学性能，在1/50C下首次放电比容量达到98mAh/g，循环43次之后保持在91mAh/g，容量保持率达到93%。由此可以看出经过表面碳包覆和金属离子掺杂后，材料的可逆比容量及循环性能都得到有效改善。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 引言
  • 1.2 锂离子电池的发展历史
  • 1.3 锂离子电池组成及工作原理
  • 1.4 锂离子电池正极材料
  • 1.4.1 锂离子电池正极材料的选择原则
  • 1.4.2 层状过渡金属氧化物正极材料
  • 2正极材料'>1.4.2.1 层状结构 LiCoO2正极材料
  • 2正极材料'>1.4.2.2 层状结构 LiNiO2正极材料
  • 2正极材料'>1.4.2.3 层状结构 LiMnO2正极材料
  • 4正极材料'>1.4.3 尖晶石型 LiMn2O4正极材料
  • 4正极材料'>1.4.4 橄榄石型 LiFePO4正极材料
  • 4正极材料'>1.4.5 橄榄石型 LiMnPO4正极材料
  • 4材料的结构'>1.4.5.1 LiMnPO4材料的结构
  • 4材料的优缺点'>1.4.5.2 LiMnPO4材料的优缺点
  • 4材料的合成方法及工艺'>1.4.5.3 LiMnPO4材料的合成方法及工艺
  • 4材料改性研究'>1.4.5.4 LiMnPO4材料改性研究
  • 1.5 选题依据及主要研究内容
  • 第二章 实验方法及测试分析
  • 2.1 主要化学试剂
  • 2.2 主要仪器设备
  • 2.3 材料的制备工艺
  • 2.3.1 溶胶-凝胶法制备工艺
  • 2.3.2 共沉淀法制备工艺
  • 2.4 材料的表征
  • 2.4.1 红外光谱分析（IR）
  • 2.4.2 X 射线粉末衍射分析（XRD）
  • 2.4.3 环境扫描电镜分析（ESEM）
  • 2.4.4 样品中碳含量的测定
  • 2.5 电极制备及实验电池的组装
  • 2.5.1 正极片的制备
  • 2.5.2 负极、隔膜和电解液的选择
  • 2.5.3 实验电池的组装
  • 2.6 材料的电化学性能测试
  • 2.6.1 恒流充放电测试
  • 2.6.2 循环伏安测试（CV）
  • 2.6.3 交流阻抗测试（EIS）
  • 4/C 的研究'>第三章 溶胶凝胶法合成 LiMnPO4/C 的研究
  • 4/C 的合成'>3.1 正极材料 LiMnPO4/C 的合成
  • 4/C 的红外光谱分析'>3.2 正极材料 LiMnPO4/C 的红外光谱分析
  • 4/C 材料电化学性能的影响'>3.3 焙烧时间对 LiMnPO4/C 材料电化学性能的影响
  • 4/C 材料的影响'>3.4 掺碳量和温度对 LiMnPO4/C 材料的影响
  • 4/C 材料形貌的影响'>3.4.1 掺碳量和温度对 LiMnPO4/C 材料形貌的影响
  • 4/C 材料结构的影响'>3.4.2 掺碳量和温度对 LiMnPO4/C 材料结构的影响
  • 4/C 材料电化学性能的影响'>3.4.3 掺碳量和温度对 LiMnPO4/C 材料电化学性能的影响
  • 4/C 材料电化学性能的影响'>3.4.3.1 温度对 LiMnPO4/C 材料电化学性能的影响
  • 4/C 材料电化学性能的影响'>3.4.3.2 掺碳量对 LiMnPO4/C 材料电化学性能的影响
  • 4/C 材料的倍率性能研究'>3.4.3.3 LiMnPO4/C 材料的倍率性能研究
  • 3.5 本章小结
  • （1-2x）MxMnPO4/C（M=Mg、Ni、Cu）的研究'>第四章 阳离子掺杂的 Li（1-2x）MxMnPO4/C（M=Mg、Ni、Cu）的研究
  • （1-2x）MgxMnPO4/C 的合成及性能研究'>4.1 正极材料 Li（1-2x）MgxMnPO4/C 的合成及性能研究
  • （1-2x）MgxMnPO4/C 的合成'>4.1.1 正极材料 Li（1-2x）MgxMnPO4/C 的合成
  • （1-2x）MgxMnPO4/C 的形貌分析'>4.1.2 正极材料 Li（1-2x）MgxMnPO4/C 的形貌分析
  • （1-2x）MgxMnPO4/C 的结构分析'>4.1.3 正极材料 Li（1-2x）MgxMnPO4/C 的结构分析
  • （1-2x）MgxMnPO4/C 的电化学性能研究'>4.1.4 正极材料 Li（1-2x）MgxMnPO4/C 的电化学性能研究
  • （1-2x）MgxMnPO4/C 的充放电性能分析'>4.1.4.1 Li（1-2x）MgxMnPO4/C 的充放电性能分析
  • （1-2x）MgxMnPO4/C 的交流阻抗测试'>4.1.4.2 Li（1-2x）MgxMnPO4/C 的交流阻抗测试
  • （1-2x）MgxMnPO4/C 的倍率放电性能'>4.1.4.3 Li（1-2x）MgxMnPO4/C 的倍率放电性能
  • 4/C 性能的影响'>4.1.5 掺碳量对正极材料 Li0.94Mg0.03MnPO4/C 性能的影响
  • 4.1.5.1 形貌分析
  • 4.1.5.2 电化学性能分析
  • （1-2x）NixMnPO4/C 的合成及性能研究'>4.2 正极材料 Li（1-2x）NixMnPO4/C 的合成及性能研究
  • （1-2x）NixMnPO4/C 的合成'>4.2.1 正极材料 Li（1-2x）NixMnPO4/C 的合成
  • （1-2x）NixMnPO4/C 的形貌分析'>4.2.2 正极材料 Li（1-2x）NixMnPO4/C 的形貌分析
  • （1-2x）NixMnPO4/C 的结构分析'>4.2.3 正极材料 Li（1-2x）NixMnPO4/C 的结构分析
  • （1-2x）NixMnPO4/C 的电化学性能研究'>4.2.4 正极材料 Li（1-2x）NixMnPO4/C 的电化学性能研究
  • （1-2x）NixMnPO4/C 材料电化学性能的影响'>4.2.4.1 焙烧温度及掺杂量对 Li（1-2x）NixMnPO4/C 材料电化学性能的影响
  • （1-2x）NixMnPO4/C 的交流阻抗测试'>4.2.4.2 Li（1-2x）NixMnPO4/C 的交流阻抗测试
  • （1-2x）NixMnPO4/C 材料电化学性能的影响'>4.2.4.3 掺碳量对 Li（1-2x）NixMnPO4/C 材料电化学性能的影响
  • （1-2x）NixMnPO4/C 材料的倍率性能研究'>4.2.4.4 Li（1-2x）NixMnPO4/C 材料的倍率性能研究
  • （1-2x）CuxMnPO4/C 的合成及性能研究'>4.3 正极材料 Li（1-2x）CuxMnPO4/C 的合成及性能研究
  • （1-2x）CuxMnPO4/C 的合成'>4.3.1 正极材料 Li（1-2x）CuxMnPO4/C 的合成
  • （1-2x）CuxMnPO4/C 的结构分析'>4.3.2 正极材料 Li（1-2x）CuxMnPO4/C 的结构分析
  • （1-2x）CuxMnPO4/C 的电化学性能研究'>4.3.3 正极材料 Li（1-2x）CuxMnPO4/C 的电化学性能研究
  • （1-2x）CuxMnPO4/C 材料电化学性能的影响'>4.3.3.1 温度及掺杂量对 Li（1-2x）CuxMnPO4/C 材料电化学性能的影响
  • （1-2x）CuxMnPO4/C 材料电化学性能的影响'>4.3.3.2 掺碳量对 Li（1-2x）CuxMnPO4/C 材料电化学性能的影响
  • （1-2x）CuxMnPO4/C 材料的倍率性能研究'>4.3.3.3 Li（1-2x）CuxMnPO4/C 材料的倍率性能研究
  • 4.4 本章小结
  • 4/C 正极材料及其改性研究'>第五章 共沉淀法合成 LiMnPO4/C 正极材料及其改性研究
  • 4/C 的合成'>5.1 正极材料 LiMnPO4/C 的合成
  • 4/C 的结构分析'>5.2 正极材料 LiMnPO4/C 的结构分析
  • 4/C 的电化学性能分析'>5.3 正极材料 LiMnPO4/C 的电化学性能分析
  • 4/C 电化学性能的影响'>5.4 合成方法对 LiMnPO4/C 电化学性能的影响
  • 4/C 的改性研究'>5.5 正极材料 LiMnPO4/C 的改性研究
  • 4/C/Ag 的合成'>5.5.1 正极材料 LiMnPO4/C/Ag 的合成
  • 4/C/Ag 的结构分析'>5.5.2 正极材料 LiMnPO4/C/Ag 的结构分析
  • 4/C/Ag 的电化学性能研究'>5.5.3 正极材料 LiMnPO4/C/Ag 的电化学性能研究
  • 4/C/Ag 材料电化学性能的影响'>5.5.3.1 掺银量对 LiMnPO4/C/Ag 材料电化学性能的影响
  • 4/C/Ag 材料电化学性能的影响'>5.5.3.2 银源对 LiMnPO4/C/Ag 材料电化学性能的影响
  • 4/C/Ag 的交流阻抗分析'>5.5.3.3 正极材料 LiMnPO4/C/Ag 的交流阻抗分析
  • 4/C/Ag 的倍率性能研究'>5.5.3.4 正极材料 LiMnPO4/C/Ag 的倍率性能研究
  • 5.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 个人简历

    • 相关论文文献

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