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正极锂离子电池正极材料富锂锰基层状化合物Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2合成与改性

收藏本文 2024-02-19 点赞:30134 浏览:127882 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:高容量富锂锰基层状锂离子电池正极材料x Li2MnO3·(1-x)LiMO2在近年来受到了及其广泛的关注。其中0.5Li2MnO3·0.5Li[Ni1/2Mn1/2]O2(Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2)不仅电化学容量高,而且完全不含Co元素,成本低廉、安全性好、对环境友好,所以具有很好的进展前景。本论文以LiOH·H2O、Ni(OH)2和Mn3O4为原料,采取固相法合成锂离子电池正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得样品的结构和形貌进行表征,并测试了该材料的电化学性能。结果表明:900℃下焙烧10h可获得晶粒细小均匀的层状Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料,该材料具有良好的电化学性能,放电比容量在经过10次循环活化后达到了250mAh/g左右,并在之后的40次循环中没有衰减;在50℃测试时该材料的首次放电比容量可达279.6mAh/g,并在之后的17次循环中没有衰减;但其倍率性能和低温性能还有待进一步改善。为了提升Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料的首次充放电效率,本论文对固相法合成的该材料进行了酸浸的改性探讨。结果表明Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2经过酸浸处理后,首次充放电效率得到了较大的提升,其中,0.5mol/L的硝酸浸泡5h的效果最佳,首次充放电效率达到了86.7%,同时放电比容量经过4次循环活化即可达到最高值255.9mAh/g,但是放电曲线上出现了显著的3V平台区;通过对材料的结构及其充放电曲线特点的浅析,酸浸改性的理由被归结于材料表面出现了富锂尖晶石结构Li4Mn5O12(?)目。本论文还采取碳酸盐共沉淀法和溶胶凝胶法合成Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2材料,并对采取这两种策略合成的该材料的结构、形貌及电化学性能与固相法进行了比较。结果表明:采取碳酸盐共沉淀法合成的Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2样品不如固相合成的样品层状结构理想,容量回升幅度较固相法更大;采取溶胶凝胶法合成的Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2样品层状结构完整,首次放电比容量较高,随着循环进行,容量出现回升的时间较固相法缩短,最高达到了247.4mAh/g。关键词:锂离子电池论文正极材料论文固相法论文酸浸论文Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2论文

    摘要4-5

    ABSTRACT5-7

    目录7-9

    第一章 文献综述9-25

    1.1 引言9-10

    1.2 锂离子电池层状结构正极材料10-14

    1.2.1 LiCoO_2正极材料10-11

    1.2.2 LiCoO_2正极材料11

    1.2.3 LiCoO_2正极材料11-12

    1.2.4 多元层状正极材料12-14

    1.3 富锂锰基层状正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2的进展14-23

    1.3.1 xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2的结构及机理14-16

    1.3.2 xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2的合成及改性16-21

    1.3.3 0.5Li_2MnO_3·0.5Li[Ni_(1/2)Mn_(1/2)]O_2的探讨近况21-23

    1.4 本课题的探讨内容及作用23-25

    第二章 实验策略25-33

    2.1 实验原料及设备25-26

    2.2 Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2材料的合成26-28

    2.2.1 固相法26

    2.2.2 共沉淀法26-28

    2.2.3 溶胶凝胶法28

    2.3 材料的表征28-30

    2.3.1 X射线粉末晶体衍射浅析(XRD)28

    2.3.2 扫描电子显微镜浅析(SEM)28-29

    2.3.3 差热-热重浅析(DSC-TGA)29

    2.3.4 元素含量浅析29-30

    2.4 Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2材料的电化学性能测试30-33

    2.4.1 电极制备及电池组装30-31

    2.4.2 充放电性能测试31

    2.4.3 交流阻抗测试31

    2.4.4 循环伏安测试31-33

    第三章 Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2的固相合成及酸浸改性33-57

    3.1 Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2的固相合成工艺33-46

    3.1.1 差热-热重浅析33-34

    3.1.2 焙烧条件的优化34-41

    3.1.3 优化条件下合成Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2的电化学性能41-44

    3.1.4 优化条件下合成Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2的交流阻抗测试44-45

    3.1.5 优化条件下合成Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2的循环伏安测试45-46

    3.2 Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2的酸浸改性探讨46-55

    3.2.1 酸浸条件的优化46-50

    3.2.2 酸浸改性的机理探讨50-55

    3.3 本章小结55-57

    第四章 Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2的其它合成探讨57-65

    4.1 Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2的共沉淀合成57-60

    4.1.1 前驱体及配锂焙烧后材料的结构与形貌58-59

    4.1.2 材料的电化学性能59-60

    4.2 Li[Li_(0.2)Ni_(0.2)Mn_(0.6)]O_2的溶胶凝胶合成60-63

    4.2.1 材料的结构与形貌61-62

    4.2.2 材料的电化学性能62-63

    4.3 本章小结63-65

    第五章 结论及展望65-67

    5.1 结论65-66

    5.2 展望66-67

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