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《湘潭大学》 2010年
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聚苯乙烯模板法制备锂离子电池材料及电化学性能研究

占孝云  
【摘要】: 电极材料是制约锂离子电池迅速发展的一个关键因素。材料的性能与合成方法有极大关系,采用传统高温固相法能耗大、周期长,所合成材料晶粒和颗粒的可调控性差,团聚现象比较严重,导致性能较差且不稳定。在本论文中,我们利用聚苯乙烯(PS)模板的空间限域和调控作用,成功地制备了一系列电化学储能材料。研究结果表明,聚苯乙烯既能调控材料的粒径、形貌和结构,又能优化材料的物理化学性质。论文主要内容包括以下几个方面: 一、采用聚苯乙烯模板法制备了有序的大孔LiMn_2O_4。不同煅烧温度影响电极材料的结构、形貌及电化学性能。结果表明,700 oC制备的样品为多孔状,XRD谱图证明制备产物为尖晶石结构。组装成Li/LiMn_2O_4扣式电池,在3.0-4.3V区间以1C的电流充放电,首次放电比容量为113.8 mAh/g,100次循环后仍保持初始容量的86.6%,显示了较好的循环性能。另外,该材料以2 C倍率放电时,容量仍保持90 mAh/g,具有大功率放电特性,且循环性能稳定。利用循环伏安方法研究了大孔LiMn_2O_4的电化学性能和动力学性质,计算了Li+的扩散系数。 二、采用聚苯乙烯模板法制备了高压电极材料LiNi0.5Mn1.5O4,我们成功合成了孔状和亚微米LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4。通过热分析(DTA、TGA)确定了合成条件,粉末X射线衍射(XRD)表征了产物的晶体结构,用扫描电镜(SEM)观察产物的形貌,通过循环伏安(CV)、电池充放电等测试手段详细考察了不同条件下制备产物的电化学性能。比较得出较佳的煅烧温度为900 oC,在此条件下制备的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4在3.5-5.0 V电压区间以0.5 C充放电,首次放电容量为102 mAh/g,186次循环后的容量达到90.1 mAh/g,为初始容量的88.3%,表现出优良的循环性能。 三、采用聚苯乙烯(PS)模板法合成了LiCoO_2、LiFePO_4、Co_3O_4和NiO四种电极材料。通过控制合成温度,烧结时间,升温速度以及聚合物模板的粒径,所制备得到的电极材料形貌新颖,颗粒小,结晶完美。采用粉末X射线衍射(XRD)表征了各种产物的晶体结构,用扫描电镜(SEM)观察产物的形貌,通过循环伏安(CV)和电池充放电等测试手段初步考察了LiCoO_2、LiFePO_4、Co_3O_4和NiO的电化学性能。
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