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《哈尔滨工程大学》 2004年
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纳米LiMn_2O_4的合成及性能研究

刘俊国  
【摘要】:锂离子电池是以锂离子在碳负极和嵌入化合物正极中的嵌入和脱嵌为原理发展起来的一种新型的蓄电池,具有能量密度高、循环寿命长、工作电压高等优点。锂离子电池的优越性能使得其在通讯、仪器仪表、医学器械、海上救生、航空航天以及军事装备中有着广泛的市场和应用前景。 正极材料是锂离子电池中最为关键的技术之一,正极材料研究的发展从LiCoO_2、LiNiO_2到现在的锰系正极材料特别是尖晶石型LiMn_2O_4的研究只用了短短十几年的时间。现在LiMn_2O_4依靠成本低、安全性好等优点正逐步取代钴镍材料,成为已经商品化的正极材料。 纳米材料在电化学性能、晶体结构、颗粒形貌、物理性质等方面均表现出特殊的行为。本论文通过溶胶-凝胶法制备了纳米尖晶石型LiMn_2O_4材料,并且通过XRD、TEM、SEM、粒度分析、化学分析、恒电流充放电等确定制备LiMn_2O_4的最佳工艺条件为:煅烧温度600℃,煅烧时间为6h,n(Li/Mn)=0.55。制备出的LiMn_2O_4材料为纳米尖晶石型结构,平均粒径为40nm左右,并且呈正态分布。 掺杂是公认的最为有效的提高LiMn_2O_4的循环性能的方法,掺杂离子能在充放电过程中很好的保持晶体的结构,降低循环容量的损失。在试验中,掺杂稀土元素铈用作掺杂离子,通过XRD、TEM及恒电流充放电等确定了确定了使电极材料达到最佳综合电性能的掺杂量n_(Li)/n_(Mn)=0.53,在此保持在一个稳定的充放电状态。考察其高温循环性能,发现其在高温下,掺杂铈的锂离子电池的循环性能与常温下相比,略有下降,状态下,锂离子电池的循环性能较好,循环70次后,容量仅损失0.525%,解决了锂离子电池的高温容量衰减问题。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TM911

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