Li/MnO2电池正极材料λ-MnO2的制备及其电化学性能研究

论文摘要

Li／MnO2电池具有工作电压和比能量高、工作温度范围宽、自放电率低、安全无公害等优点，是锂一次电池中产量最大、最常用的一种，在军事和民用领域得到了广泛应用。目前，Li／MnO2电池主要采用EMD作为正极材料。随着科学技术的飞速发展，对电源的能量密度、安全性等要求越来越高，改进Li／MnO2电池正极活性材料长期以来一直是锂一次电池领域的研究热点。λ-MnO2具有呈三维网状的尖晶石型晶体结构，与具有一维隧道晶体结构的EMD比较，更有利于Li+迁移，是理想的Li／MnO2电池正极材料。本文采用热分析、结构分析和电化学研究方法等实验手段，从合成方法、形貌、结构特征、电化学性能等多方面对λ-MnO2材料进行了系统深入的研究，制备出性能优良的λ-MnO2电极材料。本文采用熔融浸渍法制备出具有完整尖晶石型晶体结构、表面形貌均匀细致的前驱体LiMn2O4材料。考察了预处理方式、焙烧温度和焙烧时间对前驱体LiMn2O4物理和化学性能的影响，探索出制备前驱体LiMn2O4的最佳工艺条件为材料压片，在650℃预烧12h，再于850℃焙烧24h。以LiMn2O4为前驱体，建立并优化了以6mol·L-1H2SO4处理LiMn2O4制备λ-MnO2电极材料的方法。详细研究了不同酸处理温度、酸处理时间、干燥温度和干燥时间条件下合成λ-MnO2产品的结构特征，结合放电实验结果，优化了的合成条件为水浴保温，在25℃反应20h，抽滤洗涤后在80℃真空干燥24h得产品。最后，本论文对优化条件下合成的λ-MnO2的结构，形貌，密度进行了表征，并重点探讨了λ-MnO2材料的电化学性能。最优条件下合成的λ-MnO2保持了完整的尖晶石型晶体结构，振实密度为2．383g·cm-3，在-45～50℃温度范围可以稳定工作，储存性能优良，具有良好的电化学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 锂电池的发展概况
• 1.2 锂电池的组成
• 1.2.1 锂负极
• 1.2.2 正极材料
• 1.2.3 电解液
• 1.3 常用的几种锂电池
• 2电池'>1.3.1 Li/I₂电池
• x）_n电池'>1.3.2 Li/（CF_x）_n电池
• 2电池'>1.3.3 Li/SO₂电池
• 2电池'>1.3.4 Li/SOCl₂电池
• 2电池'>1.3.5 Li/MnO₂电池
• 2电池正极材料的研究发'>1.4 Li/MnO₂电池正极材料的研究发
• 2的晶体结构'>1.4.1 MnO₂的晶体结构
• 2材料的研究进展'>1.4.2 λ-MnO₂材料的研究进展
• 1.5 本课题研究的内容和意义
• 第2章 实验及仪器方
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 主要实验试剂
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.2 电极材料的制备
• 2.3 电极材料物理化学性质的测定
• 2.3.1 结构的测定
• 2.3.2 形貌的测定
• 2.3.3 振实密度的测定
• 2.3.4 热分析（TG）
• 2.4 电极材料电化学性能的测定
• 2.4.1 电极的制备
• 2.4.2 电池的组装
• 2.4.3 放电测试
• 2.4.4 交流阻抗测试
• 第3章 前驱体制备中工艺参数影响及其物理化学性质
• 3.1 前言
• 2O₄的制备'>3.2 前驱体LiMn₂O₄的制备
• 3.3 热处理工艺制度的确定
• 3.3.1 反应物的TG分析
• 3.3.2 原料预处理方式的影响
• 3.3.3 熔融浸渍的影响
• 3.3.4 焙烧温度和焙烧时间对材料结构的影响
• 3.3.5 焙烧温度和焙烧时间对材料振实密度的影响
• 4产品的物理化学性质'>3.4 LiMnO₄产品的物理化学性质
• 3.4.1 振实密度
• 3.4.2 表面形貌
• 3.4.3 结晶形态
• 3.5 本章小结
• 2合成条件研究'>第4章 λ-MnO₂合成条件研究
• 4.1 前言
• 2制备工艺'>4.2 λ-MnO₂制备工艺
• 4.3 酸处理温度的确定
• 2结构的影响'>4.3.1 酸处理温度对λ-MnO₂结构的影响
• 2放电性能的影响'>4.3.2 酸处理温度对λ-MnO₂放电性能的影响
• 4.4 酸处理时间的确定
• 2结构的影响'>4.4.1 酸处理时间对λ-MnO₂结构的影响
• 2放电性能的影响'>4.4.2 酸处理时间对λ-MnO₂放电性能的影响
• 4.5 干燥工艺的确定
• 2放电性能和振实密度的影响'>4.5.1 干燥温度对λ-MnO₂放电性能和振实密度的影响
• 2振实密度的影响'>4.5.2 干燥温度对λ-MnO₂振实密度的影响
• 4.5.3 干燥时间的确定
• 4.6 本章小结
• 2的性能及表征'>第5章 优化条件下合成λ-MnO₂的性能及表征
• 2的结构'>5.1 λ-MnO₂的结构
• 2的表面形貌和振实密度'>5.2 λ-MnO₂的表面形貌和振实密度
• 2的电化学性能研究'>5.3 λ-MnO₂的电化学性能研究
• 5.3.1 常温放电性能
• 5.3.2 低温放电性能
• 5.3.3 高温放电性能
• 5.3.4 电池储存性能
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文与研究成果