锂离子电池正极材料Li-Mn尖晶石的合成与改性

论文摘要

锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4具有高电压、高安全性、低污染、低成本、资源丰富等优点,成为新一代锂离子电池正极材料的研究热点。但是其初始容量低,循环衰减快等因素阻碍了它的商业化进程。本文的主要工作是应用传统的高温固相法合成锂锰尖晶石正极材料,在优化的工艺参数条件下采用掺杂的方法对其改性,提高其循环性能,为工业生产提供依据。对目前在工业生产中应用较少的包覆手段进行了探讨,为包覆法在工业生产中的应用提供了依据。本文首先采用传统的高温固相法合成了纯相的尖晶石材料。通过对比不同煅烧温度,不同煅烧时间和不同锂锰比合成材料的电化学性能发现,在800℃下,煅烧12h合成的锂锰比为1.08:2的尖晶石材料具有最好的电化学性能。在优化的合成条件下,对尖晶石材料做了不同阳离子掺杂和阴、阳离子共掺杂的研究。阳离子掺杂分为镁离子和稀土铈离子的掺杂。阴、阳离子的掺杂为氟离子与铝离子的共掺杂。结果表明,在掺杂不同量镁离子的材料中,LiMg0.06Mn1.94O4具有最优的电化学性能;在掺杂不同量稀土铈离子的材料中,LiCe0.02Mn1.98O4材料性能最好。合成的阴、阳离子共掺杂材料LiMn1.95Al0.05F0.05O3.95也具有良好的循环性能,说明阴、阳离子的共掺杂是提高尖晶石材料性能的有效方法。对尖晶石材料的包覆研究主要采用碳酸锂和氧化铝作为包覆材料。对于碳酸锂包覆,主要考察了不同包覆量对材料电化学性能的影响。对于氧化铝包覆,主要探讨了不同包覆方法对材料性能的影响。结果表明,在相同的合成条件下,碳酸锂的包覆量为0.5%时,合成的材料具有最好的循环性能。采用不同包覆方法合成的材料中,用CMC聚合氧化铝包覆法得到的尖晶石正极材料循环性能较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池工作原理
• 1.3 正极材料研究进展
• 2O₄ 材料的研究'>1.4 尖晶石LIMN₂O₄材料的研究
• 2O₄ 材料的合成方法'>1.4.1 尖晶石LIMN₂O₄材料的合成方法
• 2O₄ 材料的衰减原因'>1.4.2 尖晶石LIMN₂O₄材料的衰减原因
• 2O₄ 材料的掺杂研究进展'>1.4.3 尖晶石LIMN₂O₄材料的掺杂研究进展
• 2O₄ 材料的包覆研究进展'>1.4.4 尖晶石LIMN₂O₄材料的包覆研究进展
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 合成实验所需仪器设备及化学试剂
• 2.1.1 实验设备
• 2.1.2 实验试剂及材料
• 2O₄ 材料及其改性材料的合成'>2.2 LIMN₂O₄材料及其改性材料的合成
• 2O₄ 的合成'>2.2.1 LIMN₂O₄的合成
• 2O₄ 的合成'>2.2.2 掺杂LIMN₂O₄的合成
• 2O₄ 的合成'>2.2.3 包覆LIMN₂O₄的合成
• 2.3 材料结构与形貌表征
• 2.4 电化学测试及性能
• 2O₄材料的合成与性能研究'>第三章 LIMN₂O₄材料的合成与性能研究
• 2O₄ 的性能影响'>3.1 不同煅烧温度对正极材料LIMN₂O₄的性能影响
• 2O₄ 材料的XRD 图'>3.1.1 不同煅烧温度合成的LIMN₂O₄ 材料的XRD 图
• 2O₄ 材料的电化学性能'>3.1.2 不同煅烧温度合成的LIMN₂O₄材料的电化学性能
• 2O₄ 材料的SEM 图分析'>3.1.3 不同煅烧温度合成的LIMN₂O₄ 材料的SEM 图分析
• 2O₄ 的性能影响'>3.2 不同煅烧时间对正极材料LIMN₂O₄的性能影响
• 2O₄ 材料的XRD 分析'>3.2.1 不同煅烧时间合成的LIMN₂O₄ 材料的XRD 分析
• 2O₄ 材料的电化学性能'>3.2.2 不同煅烧时间合成的LIMN₂O₄材料的电化学性能
• 2O₄ 材料的SEM 图分析'>3.2.3 不同煅烧时间合成的LIMN₂O₄ 材料的SEM 图分析
• 2O₄ 的性能影响'>3.3 不同锂锰比对正极材料LIMN₂O₄的性能影响
• 3.3.1 不同锂锰比材料的XRD 分析
• 3.3.2 不同锂锰比材料的电化学分析
• 3.3.3 不同锂锰比材料的SEM 分析
• 3.4 小结
• 2O₄材料的性能研究'>第四章 掺杂对LIMN₂O₄材料的性能研究
• 2O₄ 的性能影响'>4.1 MG 掺杂对正极材料LIMN₂O₄的性能影响
• xMn_2-xO₄ 的XRD 图谱'>4.1.1 LiMg_xMn_2-xO₄ 的XRD 图谱
• xMn_2-xO₄ 的电化学性能'>4.1.2 LiMg_xMn_2-xO₄的电化学性能
• xMn_2-xO₄ 的SEM 图分析'>4.1.3 LiMg_xMn_2-xO₄ 的SEM 图分析
• 2O₄ 的性能影响'>4.2 稀土离子CE 掺杂对正极材料LIMN₂O₄的性能影响
• xMn_2-xO₄ 的XRD 图谱'>4.2.1 LiCe_xMn_2-xO₄ 的XRD 图谱
• xMn_2-xO₄（x=0～0.03）的电化学性能分析'>4.2.2 LiCe_xMn_2-xO₄（x=0～0.03）的电化学性能分析
• xMn_2-xO₄ 的SEM 图分析'>4.2.3 LiCe_xMn_2-xO₄ 的SEM 图分析
• 2O₄ 的性能影响'>4.3 阴（F）阳（AL）离子共掺杂对正极材料LIMN₂O₄的性能影响
• 1.95Al_0.05F_0.05O_3.95 材料的XRD 图谱'>4.3.1 共掺杂LiMn_1.95Al_0.05F_0.05O_3.95 材料的XRD 图谱
• 1.95Al_0.05F_0.05O_3.95 材料的电化学性能'>4.3.2 共掺杂LiMn_1.95Al_0.05F_0.05O_3.95材料的电化学性能
• 1.95Al_0.05F_0.05O_3.95 材料的SEM 图分析'>4.3.3 共掺杂LiMn_1.95Al_0.05F_0.05O_3.95 材料的SEM 图分析
• 4.4 小结
• 2O₄材料的改性研究'>第五章 包覆对LIMN₂O₄材料的改性研究
• 2CO₃包覆对LIMN₂O₄ 材料性能的研究'>5.1 Li₂CO₃包覆对LIMN₂O₄材料性能的研究
• 2CO₃（包覆比为0～396）包覆对LIMN₂O₄ 材料的XRD'>5.1.1 Li₂CO₃（包覆比为0～396）包覆对LIMN₂O₄材料的XRD
• 2CO₃（包覆比为0～396）包覆对LIMN₂O₄ 材料的电化学性'>5.1.2 Li₂CO₃（包覆比为0～396）包覆对LIMN₂O₄材料的电化学性
• 2CO₃（包覆比为0～396）包覆对LIMN₂O₄ 材料的SEM 图分'>5.1.3 Li₂CO₃（包覆比为0～396）包覆对LIMN₂O₄ 材料的SEM 图分
• 2O₃包覆对LIMN₂O₄ 材料性能的研究'>5.2 Al₂O₃包覆对LIMN₂O₄材料性能的研究
• 2O₃ 的XRD 图'>5.2.1 不同包覆方法包覆Al₂O₃ 的XRD 图
• 2O₃的LIMN₂O₄ 材料的电化学性能'>5.2.2 不同包覆方法包覆Al₂O₃的LIMN₂O₄材料的电化学性能
• 2O₃的LIMN₂O₄ 材料的SEM 图分析'>5.2.3 不同包覆方法包覆Al₂O₃的LIMN₂O₄ 材料的SEM 图分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文