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进展。研究了LiMn2O4的制备方法及其工艺条件。针对LiMn2O4正极材料在充放电循环过程中发生Jahn-Teller畸变、Mn在电解液中溶解和表面形成钝化膜这三个导致容量衰减和循环性能劣化的关键问题,分别采用Fe、Al、Cu阳离子的一元掺杂和多元掺杂两种措施,对尖晶石结构的LiMn2O4正极材料进行了改性研究。采用溶胶.凝胶法制备了LiMn2O4和Li1.08Mn2O4样品,通过X射线衍射分析和循环性能的分析,比较两者的优劣。结果发现,经过50次循环后Li1.08Mn2O4的比容量保持率为80.3%,而LiMn2O4的比容量仅为原来的78.10%。可见尖晶石的富锂方案,可以较好地改善尖晶石的循环性能,但同时初始放电容量略有减小。将富锂和掺杂的工艺结合起来,即“富锂+掺杂”方案,用这种方法合成的Li1+xMyMn2+yO4,可以抑制容量的衰减。采用溶胶-凝胶法制备了Li1.08FexMn2-xO4、Li1.08AlxMn2-xO4、Li1.08CuxMn2-xO4、Li1.08Cu0.025M0.025Mn1.95O4和Li1.08Cu0.025Fe0.025Al0.025Mn1.925O4尖晶石化合物,并通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜、恒电流充放电、电化学阻抗和循环伏安等测试考察了阳离子的一元掺杂和多元掺杂对LiMn2O4样品的结构、形貌和电化学性能的影响。结果显示,样品均具有单一尖晶石结构。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。循环伏安测试结果发现,Fe3+、Al3+、Cu2+掺杂改性后的正极材料氧化还原电势差变小,表明其电化学可逆性得到提高。结合各单元素掺杂的优点,又进行了二元及多元掺杂。其中综合性能最好的是LiFe0.025Cu0.025Mn1.95O4,首次放电比容量为101.89 mAh·g-1,经过50次循环后的放电比容量为97.10 mAh·g-1,容量保持率高达95.3%。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 锂离子电池的发展及其市场前景1.2 锂离子电池的工作原理和特点1.3 锂离子电池正极材料的研究现状1.3.1 钴酸锂系列正极材料1.3.2 镍酸锂系列正极材料1.3.3 磷酸亚铁锂系列正极材料1.3.4 锰酸锂系列正极材料2O4容量衰减的机理'>1.4 尖晶石型LiMn2O4容量衰减的机理1.4.1 Jahn-Taller效应1.4.2 锰的溶解1.4.3 正极材料表面钝化膜的形成2O4的掺杂改性'>1.5 尖晶石型LiMn2O4的掺杂改性1.5.1 "富锂"方案1.5.2 阳离子掺杂1.5.3 阴离子掺杂1.5.4 复合掺杂1.6 本文的研究意义及主要内容1.6.1 本文的研究意义1.6.2 本文的主要内容第2章 实验部分2.1 主要化学试剂2.2 主要实验设备2.3 正极材料的制备2.3.1 溶胶-凝胶法制备一般反应机理2.3.2 正极材料的制备2.4 实验电池的组装2.4.1 正极片的制备2.4.2 负极片的制备2.4.3 电池的组装2.5 材料结构与形貌测试方法2.5.1 X-射线衍射（XRD）2.5.2 扫描电子显微镜（SEM）2.6 电化学性能测试2.6.1 充放电测试2.6.2 循环伏安测试2.6.3 电化学阻抗测试2.7 本章小结第3章 一元掺杂样品的测试结果与分析1+xMn2O4的测试结果与分析'>3.1 Li1+xMn2O4的测试结果与分析xMn2-xO4的测试结果与分析'>3.2 LiAlxMn2-xO4的测试结果与分析3.2.1 晶体结构及形貌分析3.2.2 电化学性能分析xMn2-xO4的测试结果与分析'>3.3 LiFexMn2-xO4的测试结果与分析3.3.1 晶体结构及形貌分析3.3.2 电化学性能分析xMn2-xO4的测试结果与分析'>3.4 LiCuxMn2-xO4的测试结果与分析3.4.1 晶体结构及形貌分析3.4.2 电化学性能分析3.5 本章小结第4章 二元及多元掺杂样品的测试结果与分析4.1 引言0.025Cu0.025Mn1.95O4（M=Fe、Sr、Al）的测试结果与分析'>4.2 LiM0.025Cu0.025Mn1.95O4（M=Fe、Sr、Al）的测试结果与分析4.2.1 晶体结构分析4.2.2 电化学性能分析0.025Fe0.025Al0.025Mn1.925O4的测试结果与分析'>4.3 LiCu0.025Fe0.025Al0.025Mn1.925O4的测试结果与分析4.3.1 晶体结构分析4.3.2 电化学性能分析4.4 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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