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《广西科技大学》 2015年
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LiMn_2O_4高性能复合锂离子电池材料改性研究

曾帅波  
【摘要】:随着石油危机的日益加剧,以石油为代表的不可再生资源的过度使用,生活环境的急剧恶化等迫使人类寻求可持续发展的能源利用方式。尖晶石状锰酸锂正极材料合成工艺简单,有较好的循环性能,廉价丰富的原料来源和较好的循环性能在近十年一直是人们研究的重点。但是,其结构特性和电化学特性还可以进行优化改性,锰酸锂正极材料在大电流充放电时,Mn-O键的破坏导致其晶体结构的塌陷;在高温条件下的循环性能也要进一步提升。尖晶石状锰酸锂在制备的过程中易产生Mn2O3的杂质,物相纯度不高,且晶粒易发生团聚、表面无规则形状;由于在放电后期在高浓度的Mn3+表面易发生2Mn3+(S)→Mn4+(S)+Mn2+(L)的歧化反应,Mn离子价态变化,且生成的Mn2+慢慢溶解于电解液中导致反应向正方向进行,正极材料结构发生破坏,充放电可逆反应无法正常进行,这使得锰酸锂容量严重衰减;在高温和大电流充放电时,尖晶石锰酸锂结构受到破坏,电池阻抗值增加,使库伦效率减小。本文主要从固相法(高温固相两段煅烧)和液相法(溶胶凝胶法)制备尖晶石结构的锰酸锂电池正极材料,对两种制作方法的优缺点的比较和制作工艺的优化,并用X射线衍射仪(XRD)进行材料结构,扫描电子显微镜(SEM)进行材料形貌表征;运用循环伏安测试(CV)、交流阻抗测试(EIS)、实验电池的充放电测试进行了电化学性能的分析。本文主要是掺杂与包覆的实验方法,尖晶石锰酸锂中掺杂金属阳离子取代部分的锰离子,一方面可以减小放电后期Mn3+的浓度,较弱泰勒效应,提高了结构稳定性和电池的循环性能,另一方面加入适当的金属阳离子,提高了锰酸锂电池的电压平台。在正极材料的纳米颗粒上包覆导电炭黑和石墨烯,可以提高锰酸锂正极材料的导电性能,减小活性物资与电解液接触机会,提高了电池的循环性能。实验结果表明:掺杂金属阳离子和表面修饰(包覆)对电池正极材料的表面形貌、晶体结构、电化学性能有了改善,使的电池的大电流充放电性能、电位平台、电池循环性能和比容量都有了提高。
【学位授予单位】:广西科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM912

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