鋰離子電池正極材料LiMn2O4的制備改性及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、分類號(hào)：TQ152單位代碼：?jiǎn)挝淮a：10190研究生學(xué)號(hào)：研究生學(xué)號(hào)：201303007密級(jí)：無(wú)碩士學(xué)位論文鋰離子電池正極材料LiMn2O4的制備改性及其電化學(xué)性能的研究StudyonPreparationElectrochemicalPerfmanceofLiMn2O4CathodeMaterialfLithiumionBatteries研究生姓研究生姓名：名：岳凱強(qiáng)專業(yè)：業(yè)：材料材料科學(xué)科學(xué)與工程工程指導(dǎo)教師姓名：指導(dǎo)教師姓名：段

2、連峰指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師職稱職稱：副教授20162016年4月碩士學(xué)位論文I摘要在鋰離子電池正極材料中，尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰以其低成本、原料豐富、低毒性和高安全性等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最有可能取代鈷酸鋰的新一代正極材料。然而在電池使用過(guò)程中，錳酸鋰也存在著較大的容量損失，而且高溫下更加嚴(yán)重，這就使得錳酸鋰的循環(huán)性能非常差。為了有效的提升錳酸鋰電極材料的循環(huán)性能，本文嘗試采用多種合成方法制備出了具有不同形貌的錳酸鋰材料，并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了物相及形貌表征，最

3、后對(duì)產(chǎn)物的充放電、循環(huán)、倍率等電化學(xué)性能做了系統(tǒng)測(cè)試與分析。本文系統(tǒng)的闡述了鋰離子電池的研究背景、組成以及其基本工作原理。并對(duì)當(dāng)前幾種典型正極材料的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用情況進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概括介紹。此外，針對(duì)本文的主要研究對(duì)象LiMn2O4正極材料，我們還對(duì)其結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)、導(dǎo)致電化學(xué)性能變差的因素以及對(duì)應(yīng)的改進(jìn)方法進(jìn)行了深入細(xì)致的探討。為了分析材料形貌結(jié)構(gòu)對(duì)LiMn2O4正極材料電化學(xué)性能的影響，本文分別采用水熱合成法及溶膠凝膠法合成出了具有納米棒

4、狀和刺球狀形貌的前驅(qū)體MnO2，然后又進(jìn)一步通過(guò)水熱法及高溫固相法制備出了LiMn2O4樣品。所得LiMn2O4樣品的形貌基本保持了前驅(qū)體的形貌。水熱法得到的電極材料在0.1C電流密度下的初始放電容量為127.3mAhg，在0.1C下循環(huán)200次以后仍保留了101.8mAhg的放電容量。高溫固相法得到樣品在0.1C下的初始放電容量高達(dá)135.4mAhg，然而充放電200次以后僅保留了94.7mAhg的容量。且在1.0C的大倍率充放電條件

5、下，其容量衰減更為嚴(yán)重，200次循環(huán)以后僅保留了68.7mAhg的放電容量。表面包覆改性能夠有效的遏制電解液對(duì)LiMn2O4電極材料的腐蝕作用，通過(guò)溶劑熱法獲得納米棒狀結(jié)構(gòu)的MnOOH后，以它作為前驅(qū)體與LiOH在高溫下制備得到了LiMn2O4正極材料，并進(jìn)一步用PANI對(duì)其包覆改性。從SEM和TEM圖像中能夠分析得出PANI被成功的包覆在了LiMn2O4納米棒的表面。雖然經(jīng)過(guò)包覆改性后的LiMn2O4的比容量不可避免的有所減小，但是其

6、展現(xiàn)出了非常好的循環(huán)性能和倍率性能。樣品在0.1C電流密度下充放電200次以后仍保留了第二次放電容量的91%。最后，我們采用靜電紡絲法及后續(xù)熱處理合成出了具有介孔結(jié)構(gòu)的錳酸鋰中空納米纖維。這種結(jié)構(gòu)能夠非常有效地緩解材料在循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)膨脹，并為L(zhǎng)i的脫嵌提供更多的反應(yīng)位點(diǎn)。電化學(xué)測(cè)試表明，其在0.1C下的首次放電容量為125.9mAhg，循環(huán)200次后仍保留了首次放電容量的87.3%。而且，第200次與第100次循環(huán)后的容量相比僅減小