论文摘要
随着电子设备的快速发展以及能源与环境问题的日益突出，人们对化学电源提出了更高的要求。锂离子电池以其高电压、比能量大、循环寿命长和无污染等优点而得到广泛的应用。具有高插入电位的过渡金属氧化物常用作锂离子电池的正极材料，目前研究较多的是层状结构的LiCoO2、LiNiO2以及尖晶石结构的LiMn2O4。其中尖晶石LiMn2O4以其高电压、高安全性、低成本、易回收、对环境友好等优点而被人们公认为最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。本文在传统固相法的基础上，采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石LiMn2O4正极材料，并采用离子掺杂和表面包覆对其进行改性研究。此外，在此基础上用高温固相法合成了5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4和1．5V的负极材料Li4Ti5O12，并成功组装成新型的电池体系Li4Ti5O12／LiNi0.5Mn1.5O4。采用XRD、SEM、恒电流充放电、循环伏安、电化学阻抗等检测手段和电化学分析方法相结合，对材料的结构、形貌以及电池性能进行了分析研究。实验结果表明：掺杂的Cr、Ni、Co、Mg阳离子半径与Mn3+的半径相近，掺杂后容易形成固溶体。随着掺杂量的增加材料的初始放电比容量降低，但却提高了尖晶石结构的稳定性和循环性能。结合各单元素掺杂的优点，本文进行了二元及多元掺杂。F的掺杂使Mn的平均氧化态降低，提高了材料的容量，但加剧了Jahn-Teller效应和Mn的溶解。导致材料的循环性能变差。F-Co-Cr阴阳离子复合掺杂可以保证材料既有较高的可逆容量又具有较好的循环性能。其中LiCo0.025Cr0.025Mn1.95F0.05O3.95的综合性能最好，55℃下首次放电比容量为117．1mAh·g-1，30次充放电循环后容量衰减率仅为11．78％。采用溶胶-凝胶法对基体材料进行LiCoO2表面包覆，得到的晶体颗粒棱角更加圆滑，提高了材料的抗电解液溶蚀能力，减缓了Mn的溶解损失。其中，材料5％LiCoO2-LiCr0.05Mn1.95O4的电化学性能优越，首次放电比容量为122．3mAh·g-1，50次循环后仍保持在112．4mAh·g-1以上。此外，对新型的电池体系Li4Ti5O12／LiNi0.5Mn1.5O4进行测试分析发现：正负极材料都呈现尖晶石结构，电池体系的首次放电比容量124．31mAh·g-1，循环50次后，容量保持率为93．32％，与C／LiMn2O4电池体系相比提高10％左右，说明Li4Ti5O12／LiNi0.5Mn1.5O4电池体系的充放电和循环性能都比较理想。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 锂离子电池简介1.1.1 锂离子电池的发展概况1.1.2 锂离子电池的工作原理与特性1.2 锂离子电池正极材料的研究进展2正极材料'>1.2.1 层状结构LiCoO2正极材料2正极材料'>1.2.2 层状结构LiNiO2正极材料1.2.3 Li-Mn-O系列正极材料1.2.4 三种材料的比较2O4的结构与性能'>1.3 尖晶石LiMn2O4的结构与性能1.3.1 Li-Mn-O三元系相图2O4的结构'>1.3.2 尖晶石LiMn2O4的结构2O4的性能'>1.3.3 尖晶石LiMn2O4的性能1.4 本文的研究内容及意义第2章 实验部分2.1 主要化学试剂及来源2.2 材料的制备和电池的组装2.2.1 材料的制备方法2.2.2 电池的组装2.3 材料性能测试方法及原理2.3.1 X射线衍射法（XRD）2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）2.3.3 材料的电化学性能测试2.4 本章小结2O4的掺杂改性'>第3章 尖晶石LiMn2O4的掺杂改性3.1 材料的合成及性能测试3.1.1 材料的合成3.1.2 材料性能测试3.2 结果与讨论3.2.1 阳离子单元掺杂3.2.2 阳离子二元掺杂3.2.3 阳离子多元掺杂3.2.4 阴阳离子复合掺杂3.3 本章小结2O4的包覆改性'>第4章 尖晶石LiMn2O4的包覆改性4.1 包覆方法及包覆剂的选择4.2 材料的合成与性能测试4.2.1 材料的合成4.2.2 材料的性能测试4.3 结果与讨论2对材料结构与形貌的影响'>4.3.1 表面包覆LiCoO2对材料结构与形貌的影响2对材料性能的影响'>4.3.2 表面包覆LiCoO2对材料性能的影响4.4 本章小结4Ti5O12/LiNi0.5Mn1.5O4电池体系的研究'>第5章 Li4Ti5O12/LiNi0.5Mn1.5O4电池体系的研究5.1 实验0.5Mn1.5O4的合成'>5.1.1 正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的合成4Ti5O12的合成'>5.1.2 负极材料Li4Ti5O12的合成5.1.3 材料的性能测试5.2 结果与讨论0.5Mn1.5O4的结构分析'>5.2.1 正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的结构分析4Ti5O12的结构分析'>5.2.2 负极材料Li4Ti5O12的结构分析4Ti5O12/LiNi0.5Mn1.5O4电池体系的性能测试'>5.2.3 Li4Ti5O12/LiNi0.5Mn1.5O4电池体系的性能测试5.3 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果致谢
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