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《齐鲁工业大学》 2015年
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锂离子电池正极材料锰酸锂的制备及其改性研究

魏长宝  
【摘要】:随着电子设备行业的迅猛发展以及能源枯竭和环境污染等问题的日趋明显,人们对化学电源的要求越来越高。尖晶石型结构的锰酸锂(LiMn2O4)因其丰富的资源来源、廉价的成本、无污染等优势,是近期发展现状下锂离子行业最有发展前景的正极材料。尖晶石型结构的锰酸锂(LiMn2O4)因为诸多因素的影响,电池的性能还不是很好,因此改善其性能成为研究热点。以廉价的碳酸锂(Li2CO3)和二氧化锰(MnO2)为原料,采用高温分段烧结相结合的方法,合成纯相尖晶石型结构的锰酸锂(LiMn2O4)正极材料。本文通过差热热重分析(TG-DSC)实验,确定纯相尖晶石型结构的锰酸锂(LiMn2O4)的烧结温度;通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试,表征纯相尖晶石型结构的锰酸锂(LiMn2O4)的结构和微观形貌;通过充放电测试实验,研究合成的纯相尖晶石型结构的锰酸锂(LiMn2O4)的综合电化学性能。本文主要是通过以下方法对锰酸锂进行改性研究:(1)改进合成方法(2)体相掺杂改性(3)材料表面包覆改性。在改进合成方法研究方向,主要是采取对原材料进行球磨的方法且首次研究球磨对锰酸锂(111)晶面的影响。球磨后合成的尖晶石型结构的锰酸锂(LiMn2O4)的性能更为优异,在球磨时间为6小时时达到最佳值(在0.5C倍率下首次充放电为129.3 mAh/g,30循环后容量保持率为94.95%),且研究表明球磨后可以改变锰酸锂(111)晶面的大小从而影响锰酸锂的电化学性能。在体相掺杂改性方向,研究Ni、Co、Al、F等阴阳离子单独掺杂对锰酸锂电化学性能的影响以及A1、F阴阳离子复合掺杂对锰酸锂电化学性能的影响。研究表明,Ni、Co、Al等阳离子单独掺杂改性锰酸锂,首次充放电都是减小的,但是循环保持率明显提高;F离子单独掺杂改性锰酸锂,首次充放电是增加的且循环保持率较好;A1、F阴阳离子复合掺杂改性锰酸锂不但可以保持首次充放电的大小且可以提高其循环保持率。在材料表面包覆改性方向,研究硅溶胶表面包裹改性对锰酸锂电化学性能的影响。研究表明,硅溶胶表面包裹改性锰酸锂后,在锰酸锂的表面形成了一层包裹相,随着硅溶胶加入量的增加,样品(LiMn2O4)的放电比容量是减小的而容量保持率是先增加后减小,当硅溶胶加入量小于2.0wt%时,样品(LiMn2O4)的容量保持率由92.241%增加到了94.068%,但当硅溶胶加入量大于2.0wt%时,样品的容量保持率开始减小
【学位授予单位】:齐鲁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM912

【参考文献】
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