过渡金属氧化物的合成及其作为锂离子电池正极材料的性质研究
【摘要】：本论文在了解了有关锂离子电池及其正极材料研究进展的基础上，结合我国矿产资源分布的实际国情，选取我国矿产资源较为丰富的钒、锰氧化物作为研究重点。针对不同锂离子正极材料的特点，作者分别采用不同的合成方法，并对所合成正极材料的电化学性质进行了研究。具体内容可归纳如下：
1、采用柠檬酸辅助溶胶—凝胶法成功合成得到层叠片状V_2O_5纳米材料和MoV_2O_8复合氧化物纳米材料，并对其结构和电化学性质进行了表征。电化学测试表明，由该合成路线得到的V_2O_5纳米材料放电容量得到提高，达到798mAh／g。而钼和钒复合后得到的氧化物MoV_2O_8纳米材料作为锂离子电池正极材料首次放电容量为509mAh／g，且前30次循环平均单次循环容量衰减率为1％，相比比单纯的V_2O_5纳米材料，其电化学性能得到显著改善。
2、首次采用低温熔盐法在LiNO_3-LiC1混合熔盐体系中直接合成一维带状Li_(1+x)V_3O_8纳米材料，并对其结构和电化学性质进行研究。研究结果表明：(a)低温熔盐合成方法具有反应温度低、反应能耗低、反应设备简单、反应步骤少、操作方便以及得到产品纯度高等优点。(b)通过本方法得到的产物具有一维带状纳米形貌，结晶度高，沿[001]方向取向生长。(c)电化学测试表明所得产物作为锂离子电池正极材料可逆放电容量高，首次放电容量达到313mAh／g；循环性能优良，前30次循环平均单次循环容量损失0.6％。这种合成Li_(1+x)V_3O_8纳米材料的方法和所得产物有很大的实际生产应用前景。
3、通过调节溶液酸度控制水热条件下高锰酸钾在水溶液中的水解作用，成功制备得到一维α-MnO_2纳米材料，研究了酸度变化对于反应过程的影响，并对所得产物进行电化学性质的研究。研究结果表明：(a)实验过程中，通过调节溶液酸度可以控制得到不同形貌或物相的产物；(b)电化学测试表明，所得一维结构α-MnO_2纳米材料作为锂离子电池正极材料可逆放电容量可以达到180mAh／g以上，循环性能比相同晶体结构的MnO_2常规材料得到显著提高，前30次循环平均单循环容量衰减率为0.7％。
【关键词】：【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM912
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2007.020921
【目录】：
- 摘要7-8
- ABSTRACT8-11
- 第一章 锂离子电池材料的研究概况11-46
- §1.1 锂离子电池的发展和应用11-16
- §1.1.1 锂离子电池概述11-12
- §1.1.2 锂离子电池发展简史12-15
- §1.1.3 锂离子电池应用简介15-16
- §1.2 锂离子电池工作原理及其特点16-21
- §1.2.1 锂离子电池工作原理16-19
- §1.2.2 锂离子二次电池结构19-20
- §1.2.3 锂离子电池的特点20-21
- §1.3 锂离子电池正极材料研究进展21-32
- §1.3.1 层状氧化钴锂21-23
- §1.3.2 氧化镍锂23-25
- §1.3.3 氧化锰锂25-29
- §1.3.4 隧道结构的氧化锰29-30
- §1.3.5 Li-V-O化合物30-32
- §1.3.6 其它正极材料32
- §1.4 正极材料的制备方法概述32-36
- §1.4.1 高温固相合成法33
- §1.4.2 低温合成法33-36
- §1.5 本论文的研究思路和主要工作36-37
- 参考文献37-46
- 第二章 钒基氧化物正极材料的溶胶—凝胶法合成及其性质表征46-65
- §2.1 引言46-47
- §2.2 溶胶—凝胶法合成V_2O_5正极材料及其性质表征47-55
- §2.2.1 样品的制备49
- §2.2.2 样品的结构表征和电化学性质测试49-50
- §2.2.3 研究结果与讨论50-55
- §2.3 溶胶—凝胶法合成MoV_2O_8正极材料及其性质表征55-61
- §2.3.1 样品的制备56
- §2.3.2 样品的结构表征和电化学性质测试56-57
- §2.3.3 研究结果与讨论57-61
- §2.4 本章小结61-62
- 参考文献62-65
- 第三章 熔盐合成法合成Li_(1+x)V_3O_8纳米带及其作为正极材料的性质研究65-81
- §3.1 引言65-67
- §3.2 离子熔盐和熔盐技术67-70
- §3.2.1 离子熔盐特性69
- §3.2.2 离子熔盐主要应用69-70
- §3.3 熔盐合成法合成带状Li_(1+x)V_3O_8纳米正极材料及其性质表征70-78
- §3.3.1 样品的制备70-71
- §2.3.2 样品的结构表征和电化学性质测试71-72
- §3.3.3 研究结果与讨论72-78
- §3.4 本章小结78-79
- 参考文献79-81
- 第四章 纳米MnO_2正极材料的水热合成和性质研究81-99
- §4.1 引言81-87
- §4.1.1 二氧化锰结构简介82-85
- §4.1.2 二氧化锰的合成方法简介85-87
- §4.2 从γ-MnOOH纳米线到α-MnO_2纳米线以及α-MnO_2的电化学性质研究87-92
- §4.2.1 样品的制备87
- §4.2.2 样品的结构表征和电化学测试87-88
- §4.2.3 研究结果与讨论88-92
- §4.3 α-MnO_2纳米棒搭建的鸟巢结构及其作为锂离子电池正极材料的电化学性质研究92-96
- §4.3.1 样品的制备92
- §4.3.2 样品的结构表征和电化学测试92-93
- §4.3.3 研究结果与讨论93-96
- §4.4 溶液酸度对水热条件下KMnO_4溶液水解作用的影响96-98
- §4.5 本章小结98-99
- 参考文献99-101
- 本文总结101-103
- 附录:攻读博士学位期间发表的论文和申请的专利103-104
- 致谢104
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