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《中南大学》 2007年
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掺杂锰酸锂的合成及性能的研究

何方勇  
【摘要】: 尖晶石结构的LiMn_2O_4具有高安全性、无毒、价廉等优点,被认为是极具发展潜力的锂离子电池正极材料。然而其在循环过程和高温条件下的容量衰减过快是制约它进一步市场化的主要因素。通过对LiMn_2O_4材料进行改性提高其在高温下的循环性能是当前研究的热点。 采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石的LiMn_2O_4正极材料,并通过XRD、SEM、电化学测试等方法系统的研究了反应温度、Li/Mn比等条件对尖晶石LiMn_2O_4的结构、性能的影响。结果表明:700℃合成的Li_(1.08)Mn_2O_4材料具有较好的晶体结构和优良的电化学性能。 系统地研究了Na~+,SO_4~(2-)等电解二氧化锰中常见的杂质离子及其掺入量对锰酸锂的结构及性能的影响。XRD测试表明:Na~+掺杂的锰酸锂具有立方尖晶石结构,无杂相;SO_4~(2-)掺杂锰酸锂的物相中含有少量的Mn_2O_3。使用Fullprof程序对Na~+掺杂锰酸锂的结构进行了Rietveld精修,结果表明:Na~+的掺入取代了部分位于尖晶石立方结构中8a位置上的Li~+,导致这部分的Li~+迁移到八面体的16d位置取代部分的Mn~(3+)。电化学测试结果表明:Na~+的掺入有效的提高了锰酸锂在常温及高温下的循环性能,但是也在一定的程度上降低了锰酸锂的比容量;掺入SO_4~(2-)后由于生成了部分Li_2SO_4及Mn_2O_3等非活性物质,导致了材料的比容量急剧降低,但当其掺入量小于0.04时,有利于提高材料在常温及高温下的循环性能。 采用溶胶-凝胶法合成了掺杂F的LiMn_2O_4。所合成的材料具有良好的尖晶石立方结构,无杂相;F~-的掺杂提高了材料的比容量,增强了材料的稳定性,改善了其在高温下的循环性能。当F离子的掺入量x由0增加到0.1时,Li~_(1.05)Mn_2O_(4-x)F_x材料的比容量由119.7mAh·g~(-1)。增加到124.9mAh·g~(-1),高温下充放电30个循环后容量保持率由79.4%增加到84.4%。 利用循环伏安、交流阻抗法对合成材料的锂离子嵌入/脱出动力学过程进行了研究,提出了与之匹配的等效电路图。从动力学角度进一步说明了掺杂锰酸锂与纯相之间电化学性能的差异。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O614.11

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 蒋庆来;浆料喷雾干燥法制备球形锰酸锂正极材料及其改性研究[D];中南大学;2011年
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1 王悦;MnO_2、TiO_2在锂离子电池中的应用研究[D];中南大学;2011年
2 黄梅;无焰燃烧合成锂离子电池正极材料LiMn_2O_4及其掺杂改性研究[D];云南民族大学;2012年
3 周玉波;高温长寿命功率型锰酸锂的制备和电化学性能研究[D];大连理工大学;2013年
【参考文献】
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【共引文献】
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5 黄群英;郁金南;万发荣;李建刚;吴宜灿;;聚变堆低活化马氏体钢的发展[A];第十二届反应堆数值计算与粒子输运学术会议论文集[C];2008年
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9 任丽;张雪峰;王立新;张福强;;聚吡咯电导率对锂/聚吡咯二次电池性能的影响[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(4)[C];2007年
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【同被引文献】
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1 刘全兵;锂离子电池正极材料的制备及其性能研究[D];华南理工大学;2012年
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【二级参考文献】
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5 王志兴;李新海;郭华军;彭文杰;张云河;胡启阳;刘久清;;钴掺杂锰酸锂的合成与性能[A];2008年全国湿法冶金学术会议论文集[C];2008年
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7 习小明;多相氧化还原法制备Mn_3O_4及锂离子电池用超微粉体研究[D];中南大学;2007年
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9 崔萍;几种复合型锂离子电池正极材料的制备及电化学性能研究[D];华中师范大学;2011年
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