非计量化合物LiMn1-XMxO2-YFY的固相合成及其电化学性能测试

论文摘要

本文在详细评述了锂离子电池及其正极材料研究进展的基础上,选取层状LiMnO2为研究对象,对其合成和掺杂改性进行了详细研究。 研究了以一水氢氧化锂、四水草酸锰、三氧化二钼为合成原料,采用高温固相分段加热法合成LiMn0.9Mo0.1O2。其首次充电容量为160mAh·g-1,放电容量为158mAh·g-1。经10次充放电循环后,其充电容量为156mAh·g-1,放电容量为155mAh·g-1。Mo3+的掺杂降低了LiMnO2的容量,但提高了其循环扫描稳定性和充放电稳定性,且其晶型致密细小均匀。 研究了以一水氢氧化锂、电解二氧化锰EMD、三氧化二铬为原料,直接高温固相合成LiMn0.85Cr0.15O2。其首次充电容量为149mAh·g-1,放电容量为150mAh·g-1。经10次充放电循环后,其充电容量为148mAh·g-1,放电容量为148mAh·g-1。所合成的试样循环稳定性、充放电稳定性好。 研究了一水氢氧化锂、电解二氧化锰EMD、三氧化二铬、活性碳C、氟化锂为原料,采用中温固相法,利用活性碳C的还原性,合成LiMn0.85Cr0.15O1.95F0.05。常温下（25℃）,其首次充电容量为168mAh·g-1,放电容量为210mAh·g-1;经18次充放电循环后,其充电容量为186mAh·g-1,放电容量为163mAh·g-1。高温下（55℃）,其首次充电容量为194mAh·g-1,放电容量为174mAh·g-1:经9次充放电循环后,其充电容量为193mAh·g-1,放电容量为151mAh·g-1。充放电容量高,循环稳定性和充放电稳定性好。经XRD检测,它主要为o-LiMnO2Mo3+、Cr3+的掺杂,提高了LiMnO2的循环和充放电的稳定性。Cr3+、F-阴阳离子共掺杂,既提高了LiMnO2的容量,又提高了其循环和充放电的稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 锂离子电池的组成与工作原理
• 1.3 锂离子二次电池正极材料的特性及其相关要求
• 1.4 锂离子电池性能的技术指标
• 1.5 几种常见的锂离子二次电池LiMO2型正极材料及其研究进展
• 1.5.1 钴系正极材料
• 1.5.2 镍系正极材料
• 1.5.3 钒系正极材料
• 1.5.4 锰系正极材料
• 1.6 LiMnO2的应用前景
• 1.7 本课题选题思想和研究内容
• 第二章 高温固相合成LiMn0.9Mo0.1O2及其电化学性能测试
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器及试剂
• 2.2.2 LiMn0.9Mo0.1O2的合成
• 2.2.3 LiMn0.9Mo0.1O2的元素分析
• 2.2.4 LiMn0.9Mo0.1O2电化学性能的测试
• 2.2.5 形貌分析（电镜扫描SEM）
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 LiMn0.9Mo0.1O2的元素分析
• 2.3.2 LiMn0.9Mo0.1O2的电化学性能
• 2.3.3 形貌分析（电镜扫描SEM）
• 2.4 本章小结
• 第三章 高温固相合成LiMn0.85Cr0.15O2及其电化学性能测试
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器及试剂
• 3.2.2 LiMn0.85Cr0.15O2的合成
• 3.2.3 LiMn0.85Cr0.15O2的元素分析
• 3.2.4 LiMn0.85Cr0.15O2的电化学性能的测试
• 3.2.5 形貌分析（电镜扫描SEM）
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 LiMn0.85Cr0.15O2的元素分析
• 3.3.2 LiMn0.85Cr0.15O2的电化学性能
• 3.3.3 形貌分析（电镜扫描SEM）
• 3.4 本章小结
• 第四章 中温固相合成LiMn0.85Cr0.15O1.95F0.05及其电化学性能测试
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器及试剂
• 4.2.2 LiMn0.85Cr0.15O1.95F0.05的合成
• 4.2.3 LiMn0.85Cr0.15O1.95F0.05的元素分析
• 4.2.4 LiMn0.85Cr0.15O1.95F0.05的电化学性能的测试
• 4.2.5 物相分析（XRD）
• 4.2.6 形貌分析（电镜扫描SEM）
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 焙烧时间对LiMn0.85Cr0.15O1.95F0.05的容量的影响
• 4.3.2 LiMn0.85Cr0.15O1.95F0.05的元素分析
• 4.3.3 LiMn0.85Cr0.15O1.95F0.05的电化学性能
• 4.3.4 LiMn0.85Cr0.15O1.95F0.05的物相分析（XRD）
• 4.3.5 LiMn0.85Cr0.15O1.95F0.05的形貌分析（电镜扫描SEM）
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文