锂离子二次电池正极材料LiMn2O4的制备、结构和电化学性能研究

论文题目: 锂离子二次电池正极材料LiMn2O4的制备、结构和电化学性能研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 物理化学

作者: 王国光

导师: 曹楚南,张鉴清

关键词: 锂离子电池,掺杂,液相沉淀高温焙烧法,电化学性能,从头计算

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文概述了锂离子电池的工作原理、发展现状和正极材料的研究概况,重点介绍了LiMn2O4的物化性质及其制备方法,其存在的问题和解决的途径。在此基础上开展了LiMxMn2xO4（x=0～0.5）正极材料的制备,研究了其结构、形貌和电化学性能,并从理论上初步探讨了LiMxMn2-xO4电极的能带结构及掺杂金属离子对开路电位的影响。 首先,采用液相沉淀—高温焙烧法制备了LiMn2O4样品,考察了焙烧温度和时间对其物化性能的影响。发现前驱体在350℃已开始形成LiMn2O4相,高于700℃可得到纯LiMn2O4。由于少量的锂挥发,晶胞参数和单位晶胞体积随着焙烧温度的升高而下降。焙烧时间延长,晶胞参数随着焙烧温度的升高而增大,但Mn-O键振动频率不随热处理温度的变化和时间的延长而改变。FWHM311和FWHM400随着焙烧温度的升高先减小后增大,在750℃时达到最小。LiMn2O4样品的放电电位和放电比容量随着焙烧温度的升高先增大后减小。750℃的LiMn2O4样品因其较小的单位晶胞体积、较高的结晶度以及较小的颗粒尺寸导致的低电化学极化和扩散极化而具有较高的放电电位、较大的放电比容量和较好的电化学循环稳定性。延长焙烧时间能在一定程度上提高样品的放电比容量。 其次,采用液相沉淀—高温焙烧法制备了掺杂型LiMxMn2-xO4（M=Ni,Co,Ni/Co）尖晶石化合物,并详细考察了Ni,Co,Ni/Co掺杂LiMn2O4样品的结构、形貌和电化学性能。单独掺杂Ni可使Mn（Ⅳ）-O和Mn（Ⅲ）-O键的红外吸收峰分别发生蓝移或红移,随着镍掺杂量的增加,出现新的Ni-O振动峰,振动强度逐渐增大。单独掺杂Co可使Mn（Ⅳ）-O和Mn（Ⅲ）-O键的红外吸收峰均发生蓝移。复合掺杂Ni/Co可使Mn（Ⅳ）-O红外吸收峰发生蓝移,Mn（Ⅲ）-O红外吸收峰不发生变化。LiMxMn2-xO4（M=Ni,Co,Ni/Co）中的Mn-O键的伸缩振动不受焙烧温度升高或焙烧时间延长的影响,但晶胞参数随着焙烧温度的升高或时间的延长而减小。因较强的M-O（M=Ni,Co,Ni/Co）键作用及掺杂离子半径较小的因素,LiMxMn2-xO4（M=Ni,Co,Ni/Co）样品的晶胞参数随着掺杂金属离子含量的增大而减小。其中Ni掺杂会导致阳离子的混合度增加,颗粒尺寸减小,样品的分散度得到改善,而Co掺杂则导致阳离子的有序度增加,颗粒尺寸减小,样品的分散

论文目录:

第一章 绪论

1.1 锂离子电池的工作原理及其特点

1.2 锂离子电池的发展现状和应用前景

1.3 锂离子电池的正极材料研究概况

1.4 尖晶石LiMn_2O_4正极材料

1.5 论文选题目的和意义

第二章 实验内容与测试方法

2.1 化学药品与仪器

2.2 样品的制备

2.3 材料的物性分析

2.4 电极的制备和模拟电池的组装

2.5 样品的电化学性能测试

第三章 LiMn_2O_4在的制备、结构和电化学性能

3.1 实验方法

3.2 尖晶石LiMn_2O_4的物理性质

3.3 LiMn_2O_4样品的电化学性能研究

3.4 本章小结

第四章 Ni掺杂LiMn_2O_4的制备、结构和电化学性能

4.1 实验方法

4.2 LiNi_xMn_(2-x)O_4样品的物理性质和电化学性能研究

4.3 焙烧温度和时间对LiNi_xMn_(2-x)O_4的电化学性能影响

4.4 本章小结

第五章 Co掺杂LiMn_2O_4的制备、结构和电化学性能

5.1 实验方法

5.2 LiCo_xMn_(2-x)O_4的物理性质

5.3 LiCo_xMn_(2-x)O_4的电化学性能研究

5.4 本章小结

第六章 Ni／Co复合掺杂LiMn_2O_4的制备、结构和电化学性能

6.1 实验方法

6.2 LiNi_xCo_xMn_(2-2x)O_4的结构表征

6.3 LiNi_xCo_xMn_(2-2x)O_4样品的电化学性能研究

6.4 典型样品的高温放电性能

6.5 本章小结

第七章 LiMn_2O_4的能带结构和开路电位计算的初步探讨

7.1 前言

7.2 基本理论和方法

7.3 计算结果与讨论

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

参考文献

附录

附录Ⅰ 博士期间发表或送审的论文

附录Ⅱ 致谢

发布时间: 2005-10-26

参考文献

• [1].镍、钴基氢氧化物微结构构筑及电化学性能研究[D]. 白雪.哈尔滨工程大学2018
• [2].镍基体系三维电极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 吴田.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)2018
• [3].层状结构钒氧基化合物的制备及电化学性能研究[D]. 马艺宁.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)2018
• [4].钒氧（硫）化物锂离子电池正极材料制备及其电化学性能研究[D]. 吴丽军.哈尔滨工业大学2018
• [5].新型有机质高性能负极材料的电化学性能和储锂机制[D]. 王艳.苏州大学2018
• [6].Li2MnO3系氧化物正极材料的结构、形貌调控和电化学性能研究[D]. 程蒙.南京航空航天大学2017
• [7].二维组装薄膜电子/离子输运与电化学性能[D]. 彭旭.中国科学技术大学2017
• [8].钛铌氧化物负极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 程秋实.中国科学技术大学2017
• [9].新型赝电容电极材料合成及其电化学性能的研究[D]. 杨杰.福州大学2015
• [10].铋基含氧酸盐纳米材料的制备及其电化学性能的研究[D]. 朱丹.南京理工大学2018

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