纳米结构锂锰氧电极材料的合成及电化学性能表征

论文摘要

本文以合成的纳米结构前驱体MnOOH（纳米线、纳米棒）和Mn3O4（纳米粒子）为原料,采用常规固相反应制得不同纳米结构（纳米粒子、纳米棒）的Li2MnO3电极材料;进而,采用反应条件更为温和的水热反应,控制反应体系的氧化或还原氛围,合成了不同纳米结构（纳米粒子、纳米棒）的Li2MnO3和LiMnO2电极材料。同时又探索了以LiOH·H2O和Mn3O4纳米粒子前驱体为原料,在恒速搅拌的条件下,水热法合成纳米粒子LiMn2O4电极材料。利用XRD、TEM、FTIR和ESR等分析手段对产物进行了结构表征,并对反应机理进行了探讨,从而为探索纳米结构锂锰氧及相关复合氧化物体系开辟了途径,为后续的电化学性能研究提供了条件。最后对所合成的纳米结构锂锰氧体系正极材料（Li2MnO3、LiMnO2和LiMn2O4）进行电化学性能测试,研究了电极材料的纳米结构和电化学性能之间的关系。 对棒状和粒状纳米结构Li2MnO3进行电化学性能研究表明,在25℃下,Li-Li2MnO3电池在高电压区域（4V）,首次充电容量分别为123mA·hg-1和112mA·hg-1,放电容量为104mA·hg-1和89mA·hg-1。第二次放电容量稍有增加,为106mA·hg-1和94mA·hg-1,之后缓慢下降,到第5次充放电循环后总容量降低到94mA·hg-1和87mA·hg-1,总容量损失为12%和8%。实验表明纳米结构Li2MnO3具有一定电化学活性。 LiMn2O4纳米粒子电极材料的初次充放电实验结果显示,充电容量为160mA·hg-1,放电容量为146mA·hg-1,但电压很低,在2V附近,低于一般报道的3～4V。LiMnO2纳米粒子电极材料的初次充放电实验结果显示,充电容量为100mA·hg-1,放电容量为94mA·hg-1,放电电压2.3～3V很稳定,说明此电极材料循环性能良好,可以进行深度的循环性能研究。

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 锂离子电池简介
• 1.2 锂离子电池正极材料简介
• 1.3 锂锰氧正极材料的研究
• xMn₂O₄简介'>1.3.1 尖晶石型 Li_xMn₂O₄简介
• xMn₂O₄合成方法'>1.3.2 尖晶石型 Li_xMn₂O₄合成方法
• 2体系简介'>1.3.3 层状LiMnO₂体系简介
• 2体系合成方法'>1.3.4 层状LiMnO₂体系合成方法
• 2MnO₃体系简介'>1.3.5 层状Li₂MnO₃体系简介
• 2MnO₃合成方法'>1.3.6 层状Li₂MnO₃合成方法
• 1.4 小结
• 1.5 锂离子电池材料的一些研究方法
• 1.6 研究构想
• 1.6.1 课题的提出
• 1.6.2 课题的研究内容
• 1.6.3 关键问题
• 第二章 实验原锂及药品、仪器
• 2.1 水热法概述
• 2.2 水热法的原锂
• 2.3 水热法的特点
• 2.4 实验方案
• 2.5 实验所用的药品
• 2.6 实验所用的仪器
• 2MnO₃'>第三章 固相法制备纳米结构Li₂MnO₃
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 样品的制备
• 3.2.2 物性表征
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 前驱物形貌对产物形貌的影响
• 3.3.3 顺磁共振分析
• 3.3.4 FTIR分析
• 3.3.5 反应温度和反应时间对产物的影响
• 3.4 结论
• 2MnO₃和LiMnO₂'>第四章 氧化-还原水热合成纳米结构Li₂MnO₃和LiMnO₂
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 样品的制备
• 4.2.2 物性表征
• 4.3 结果与讨论
• 2MnO₃的条件实验'>4.3.1 以 MnOOH为前驱体合成Li₂MnO₃的条件实验
• 3O₄为前驱体合成LiMnO₂的条件实验'>4.3.2 以 Mn₃O₄为前驱体合成LiMnO₂的条件实验
• 2的条件实验'>4.3.3 以 MnOOH为前驱体合成LiMnO₂的条件实验
• 4.3.4 前驱物纳米结构对产物结构的影响
• 4.3.5 反应机锂的讨论
• 4.4 结论
• 2O₄'>第五章 水热法合成纳米结构LiMn₂O₄
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.2.1 样品的制备
• 5.2.2 物性表征
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 XRD分析
• 5.3.3 TEM照片
• 5.4 结论
• 第六章 产物的电化学测试
• 6.1 引言
• 2MnO₃的电化学性能测试'>6.2 不同纳米结构的Li₂MnO₃的电化学性能测试
• 6.2.1 实验方法
• 6.2.2 实验结果与讨论
• 6.2.3 结论
• 2O₄纳米粒子的电化学性能测试'>6.3 LiMn₂O₄纳米粒子的电化学性能测试
• 6.3.1 实验方法
• 6.3.2 实验结果与讨论
• 2纳米粒子的电化学性能测试'>6.4 LiMnO₂纳米粒子的电化学性能测试
• 6.4.1 实验方法
• 6.4.2 实验结果与讨论
• 第七章 结论与展望
• 参考文献