锂离子电池正极材料LiMxMn2-xO4的合成与性能

论文摘要

锂离子电池具有电压高、比能量大、循环寿命长、环境污染小等优势,逐步取代了一些传统的化学电源。锰具有资源丰富和环境友好等特点,正极材料LiMn2O4研究成为锂离子电池研究的重点。针对LiMn2O4材料存在着容量衰减等缺陷,本文选用过渡和稀土金属化合物为添加物,开展LiMn2O4材料制备、掺杂和性能研究。 在大量的实验基础上,结合掺杂化合物的性质,选择材料制备的温度和工艺条件;采用高温固相法合成了LiMn2O4和掺杂尖晶石材料;采用XRD、SEM、CV和EIS方法对所得材料进行了表征和性能测试。 铬掺杂材料的EIS测试表明,LiMn2-xCrxO4电极体系的总电阻比LiMn2O4体系的小;掺Cr使锂离子的嵌-脱会变得更加容易,提高了材料的电化学性能。 钴掺杂材料的CV测试表明,扫描速度对LiMn2-xCoxO4材料的循环伏安曲线有明显影响;对LiMn2-xCoxO4多次重复循环测试表明,掺Co增加了反应的可逆性。 稀土掺杂结果表明,La的掺杂量对材料结构和循环伏安曲线有明显影响;反应温度和Nd的掺杂量对材料结构有影响;不同电势下材料的掺Nd材料的交流阻抗图谱表明,随着电势的升高,体系的电阻减小。 掺杂离子稳定了材料的结构,有利于材料的性能的稳定和提高。结合电极等效电路,文中对电极过程也作了分析和探讨。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子电池的概况
• 1.1.1 发展简史
• 1.1.2 应用前景
• 1.2 锂离子电池正极材料的研究现状
• 1.2.1 锂离子电池正极材料的选择
• 1.2.2 锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物的性能对比
• 1.2.3 锂离子电池的工作原理
• 2O₄结构'>1.2.4 尖晶石LiMn₂O₄结构
• 2O₄存在的问题'>1.2.5 尖晶石LiMn₂O₄存在的问题
• 2O₄改性的方法'>1.2.6 LiMn₂O₄改性的方法
• 1.2.6.1 掺杂离子
• 1.2.6.1.1 掺杂离子的选择
• 1.2.6.1.2 掺杂离子对材料性能的影响
• 1.2.6.2 材料的表面修饰
• 1.2.6.3 电解液的修饰
• 2O₄正极材料的合成方法'>1.2.7 LiMn₂O₄正极材料的合成方法
• 1.3 本文研究内容和选题的目的、意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 选题的目的和意义
• 第二章 锂离子电池的组装和电极材料的测试方法
• 2.1 三电极体系的组装
• 2.1.1 电极的制备
• 2.1.1.1 研究电极的制作
• 2.1.1.2 辅助和参比电极的制作
• 2.1.2 组装三电极体系
• 2.1.2.1 三电极体系的组装过程
• 2.1.2.2 三电极体系的结构
• 2.2 材料性能的测试仪器和方法
• 2.2.1 主要的实验仪器
• 2.2.2 实验测试方法
• 2.2.2.1 粉末衍射测试（XRD）
• 2.2.2.2 扫描电镜（SEM）
• 2.2.2.3 循环伏安测试（CV）
• 2.2.2.4 电化学阻抗谱（EIS）
• 2O₄的合成与性能测试'>第三章 尖晶石LiMn₂O₄的合成与性能测试
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 测试参数的设置
• 2O₄的制备'>3.1.3 LiMn₂O₄的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 材料合成温度的选择
• 3.2.2 合成温度与晶胞参数的关系
• 3.2.3 SEM测试与讨论
• 3.2.4 循环伏安的测试与讨论
• 3.2.5 交流阻抗的测试与讨论
• 3.3 结论
• 2O₄的影响'>第四章 掺杂Cr对锂离子电池正极材料LiMn₂O₄的影响
• 4.1 材料的高温合成
• 4.1.1 实验药品
• 2-xCr_xO₄过程'>4.1.2 合成材料LiMn_2-xCr_xO₄过程
• 4.1.3 材料合成温度的选择
• 4.2 样品的测试与讨论
• 4.2.1 样品的XRD射线粉末衍射分析
• 4.2.2 SEM表征与讨论
• 4.2.3 循环伏安法分析结果
• 4.2.4 交流阻抗测试与讨论
• 4.3 结论
• 2O₄的影响'>第五章 掺杂Co对锂离子电池正极材料LiMn₂O₄的影响
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验药品与试剂
• 2-xCo_xO₄过程'>5.1.2 合成材料LiMn_2-xCo_xO₄过程
• 5.1.3、测试参数的设置
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 合成材料温度的选择
• 5.2.2 样品的XRD射线粉末衍射分析
• 5.2.3 SEM表征
• 5.2.4 循环伏安法分析结果
• 5.2.4.1 扫描速度的影响
• 5.2.4.2 多次循环伏安测试
• 5.3 结论
• 2-xNd_xO₄的研究'>第六章 掺杂材料LiMn_2-xNd_xO₄的研究
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 实验药品
• 2-xNd_xO₄的合成过程'>6.1.2 材料LiMn_2-xNd_xO₄的合成过程
• 6.1.3 测试参数的设置
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 合成材料温度的选择
• 6.2.2 掺杂量的选择
• 6.2.3 SEM测试实验
• 6.2.4 电化学检测实验
• 6.2.4.1 循环伏安测试实验
• 6.2.4.2 交流阻抗测试实验
• 6.3 结论
• 2-xLa_xO₄的研究'>第七章 锂离子电池正极材料LiMn_2-xLa_xO₄的研究
• 7.1 材料的合成
• 7.1.1 实验原料与试剂
• 2-xLa_xO₄的合成过程'>7.1.2 材料LiMn_2-xLa_xO₄的合成过程
• 7.2 材料的测试与讨论
• 2O₄结构的影响'>7.2.1 掺杂量对材料LiMn₂O₄结构的影响
• 7.2.2 掺杂量对循环伏安曲线的影响
• 7.3 结论
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献