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《合肥工业大学》 2016年
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锂离子电池正极材料镍锰酸锂的制备及电化学性能研究

刘树林  
【摘要】:作为一种新型锂离子电池正极材料,尖晶石型镍锰酸锂因其输出电压高、循环性能好、价格低廉、环境友好且制备工艺简单等优点,近些年引起了研究人员的极大关注。镍锰酸锂高达4.7 V的电压平台,使得其能量密度高达650 Wh kg-1,具有了构建高能量密度锂离子电池的潜力。本文主要介绍了两种制备高电压镍锰酸锂正极材料的方法,并深入研究了其电化学性能,具体内容如下:1、在乙醇-水混合溶剂体系中进行共沉淀反应,利用乙醇-水混合溶剂良好的分散性,以草酸为沉淀剂,反应得到形貌均匀、单分散的一维草酸盐MC_2O_4·xH_2O (M=Li,Ni,Mn)棒状前驱物,焙烧后得到形貌保持良好的一维微纳结构尖晶石型LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料。作为对比,我们以同样的过程条件,在不添加乙醇的水溶液中进行反应,最后得到尺寸分布不均匀的颗粒状产物。测试两种不同形貌产物的电化学性能,结果显示:一维微纳结构的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料具有更优异的电化学性能,在1、10和20 C倍率下,首次放电比容量分别为134.3、123.7和116.9mAh g-1,循环400次后,容量保持率分别为96.0%、94.3%和80.0%;特别是在高倍率50 C下,其首次放电比容量依然达到81.0 mAh g-1,并且经过400次循环后,容量保持率高达78%。一维微纳结构的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料在高倍率下良好的电化学性能主要归功于形貌均匀、单分散的一维微纳结构在充放电过程中,能够保持一致的充放电状态,同时缩短锂离子的扩散路径,有利于材料中电子和锂离子迁移;还能缓冲锂离子在嵌入和脱出过程中引起的结构应变,提高电极材料的循环稳定性,有效地提高锂离子电池的电化学性能。2、利用微乳液在可控合成具有特定尺寸和形貌的纳米材料方面的优势,我们采用微乳液法,通过将反应物原料配制成微乳液,然后加入沉淀剂,使反应在其水核内部发生,尽可能有效地控制产物的尺寸。我们发现使用酸性的H_2C2O4溶液作为沉淀剂时,反应可以比较温和的发生,制备得到纳米级产物LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料。测试产物的电化学性能,结果显示:在0.5、10和20 C倍率下,首次放电比容量分别为130.03、113.6和101.4 mAh g-1,经过100次循环后分别保持127.9、102.2和85.1 mAh g-1的放电比容量,其容量保持率可达98.4%、89.9%和83.9%。说明纳米级正极材料在锂离子电池中,其纳米尺寸能够极大地缩短电极反应中电子和锂离子的传输距离,并且其较大的比表面积可以为电极材料和电解液提供更大的接触面积,从而显著的提高锂离子脱出和嵌入的速度,使电极材料表现出优异的电化学性能。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM912

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