鋰離子電池正極材料的制備改性及LiMn-,2-O-,4-薄膜電極的超聲噴霧制備.pdf

1、現(xiàn)代社會對能源的需求，大大促進(jìn)了鋰離子電池的發(fā)展，這也使鋰離子電極材料的研究成為現(xiàn)在材料研究的熱點。鋰離子電池的關(guān)鍵材料是正極材料，正是正極材料的許多問題，限制了鋰離子電池的一些應(yīng)用。為了使鋰離子電池的應(yīng)用范圍更廣泛，更容易朝大型化發(fā)展，研究正極材料的性能提高十分必要。 在論文第一章中，作者綜述了以下內(nèi)容：介紹了鋰離子電池的發(fā)展概況、鋰離子電池的工作原理、鋰離子電池常用的電極材料、影響正極材料性能的因素、常用的正極改性手段(摻雜

2、、包覆)和一些薄膜電極的制備方法。 在第二章中，主要介紹本論文中的實驗方法和儀器，詳細(xì)介紹了實驗用的扣式電池的制備過程，還有常用的電化學(xué)和結(jié)構(gòu)測試手段。 針對目前薄膜電極的研究，在第三章中，我們成功運用超聲噴霧沉積(USD)法制得了擁有特殊多孔結(jié)構(gòu)的LiMn2O4膜，其結(jié)構(gòu)由許多有序的柱狀顆粒構(gòu)成。膜的精細(xì)微觀結(jié)構(gòu)(如表面結(jié)構(gòu)，凹面等)很大程度上與沉積過程中的襯底溫度有關(guān)。在本實驗所用的310，360和390℃,三個溫度

3、中，擁有很好電化學(xué)性能的LiMn2O4膜的沉積溫度為360℃。 錳酸鋰(LiMn2O4)是近年應(yīng)用研究的熱點，人們希望它能夠替代價格昂貴、毒性較大的鈷酸鋰。第四章對商品錳酸鋰進(jìn)行了改性研究。采用液相法用LiMn1.5Ni0.5O4包覆了商品LiMn2O4粉。并且比較了幾個不同包覆量(W/W)(0.04，0.06，0.08，0.10)以及原始粉的電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)所有的包覆都改善了LiMn2O4的高溫循環(huán)性能同時降低了阻抗，并且對其

4、常溫性能也有一定改進(jìn)。原因是包覆的LiMn1.5Ni0.5O4使錳的溶解和電解液的分解反應(yīng)可能性降低，并且它本身也是鋰離子導(dǎo)體，因此有助于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和極化效應(yīng)的降低。其中最佳包覆量為0.04，具有最好的高溫電化學(xué)性能和良好的常溫性能。 此外，我們還對其他正極材料進(jìn)行了改性研究。第五章嘗試了幾種方法來改進(jìn)LiNi0.75Co0.25O2。發(fā)現(xiàn)LiNi0.75Co0.25O2的陽離子摻Mg可以改善循環(huán)性能，降低極化作用。而用Li2Z

5、rO3修飾LiNi0.75Co0.25O2，不同合成方法(液相法和固相法)導(dǎo)致不同的結(jié)果：固相法合成的樣品，并沒有超晶格形成；液相法則有明顯的超晶格特征。這說明超晶格的形成不僅僅和結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與合成所使用的反應(yīng)物、合成條件密切相關(guān)。比較以上三種方法，以Mg摻雜樣品的電化學(xué)性能最佳。 鑒于目前最廣泛應(yīng)用的正極材料鈷酸鋰的缺陷。第六章我們進(jìn)行了LiCoO2摻雜P正極材料的研究。發(fā)現(xiàn)LiCoO2的小量P摻雜(如6％)對LiCoO2的長

6、期循環(huán)性能有所提高，說明摻P的確有助于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。由晶格常數(shù)的變化，可以推斷P是以體相摻雜的形式進(jìn)入晶格；但是當(dāng)P摻雜量較大(≥10％)時，由于LiCoPO4雜相的存在使得容量較低。與以上用檸檬酸為絡(luò)合劑按Pechini法合成的樣品不同，還用甘氨酸為絡(luò)合劑合成了摻P量為10％的Li1.1Co0.9P0.1O2+δ。發(fā)現(xiàn)此樣品沒有雜相，且不僅在電壓為3.2～4.3V有很好的循環(huán)性能，也有很好的抗過充性能，在電壓范圍3.2～4.5V也有很好的

7、循環(huán)性能和平臺保持率。 第七章對三種商品鈷酸鋰進(jìn)行了評估及改性，從結(jié)構(gòu)，形貌，電化學(xué)性能等方面評測了三種商品鈷酸鋰粉(CoA，CoB，CoC)。性能最好的為CoC，得知相對于晶格常數(shù)的變化，形貌和尺寸對電化學(xué)性能的也有很大影響。對CoB進(jìn)行包覆LiNi0.2Mn0.2Co0.6O2的改性研究，提高了粉末的3.6V平臺效率，對電極的循環(huán)性能也有一定的改善。同時在4.5V電壓的過充性能(循環(huán)性能、平臺效率)也得到了很好的改善。由于L