發(fā)布時間：2017-09-11 03:12

  本文關(guān)鍵詞：層狀—尖晶石錳基固溶體正極材料的制備及性能研究

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【摘要】：隨著能源問題和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重,鋰離子電池越來越受到人們關(guān)注。從最初的鎘鎳電池到如今已經(jīng)相當(dāng)普及的鋰離子電池,無不是朝著更高容量、更快充電速度、更安全環(huán)保的方向發(fā)展。富鋰錳基正極材料以其較高的比容量得到了研究者的青睞,但其首次不可逆容量較高、倍率性能較差,這些性能上的缺陷嚴(yán)重阻礙了富鋰錳基材料走上商業(yè)化的道路。為了改善富鋰錳基材料面臨的性能缺陷,本課題提出了一種新型的無鈷富鋰錳基層狀-尖晶石正極材料。通過制備納米尺寸的材料使容量進(jìn)一步提升;并且在保持富鋰錳基材料優(yōu)異性能的同時,通過引入尖晶石結(jié)構(gòu)材料提升倍率性能;此外,該材料摒棄了傳統(tǒng)材料所含有的鈷、鎳元素,對成本的控制和對環(huán)境的影響起到了非常積極的作用。所得材料在0.1 C倍率下放電比容量能達(dá)到232.2 mA·h/g,5 C倍率下實(shí)驗(yàn)組放電比容量為131.4 mA·h/g,通過與傳統(tǒng)共沉積法制備的材料相比,低倍率下放電比容量提高50.7 mA·h/g,高倍率下放電比容量提升73.7 mA·h/g。本課題研究了實(shí)驗(yàn)條件對新型材料性能的影響,得到最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)。在前驅(qū)體合成中,研究加熱溫度和保溫時間對性能的影響,通過對比發(fā)現(xiàn)加熱溫度為200℃、保溫時間為20 h為最佳前驅(qū)體合成參數(shù)。在煅燒過程中,研究煅燒溫度和煅燒時間對性能的影響,發(fā)現(xiàn)煅燒溫度為600℃、煅燒時間為10 h為最佳煅燒參數(shù)。尖晶石結(jié)構(gòu)物質(zhì)含量對材料的性能也有重要影響,發(fā)現(xiàn)層狀材料Li2MnO3與尖晶石材料LiMn2O4之比7:3時,倍率性能提升最佳。最佳實(shí)驗(yàn)條件下得到的材料在低倍率0.1 C放電比容量為244.5 mA·h/g,高倍率5 C放電比容量為170.9mA·h/g。
【關(guān)鍵詞】：正極材料 層狀-尖晶石 倍率性能 溶劑熱法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 鋰離子電池的基本概述10
• 1.3 鋰離子電池組成10-11
• 1.4 鋰離子電池的應(yīng)用11-12
• 1.4.1 消費(fèi)電子產(chǎn)品12
• 1.4.2 交通工具12
• 1.4.3 儲能設(shè)備12
• 1.5 正極材料12-17
• 1.5.1 富鋰錳基材料13-15
• 1.5.2 尖晶石結(jié)構(gòu)材料15-17
• 1.6 本課題研究內(nèi)容17-18
• 第2章 實(shí)驗(yàn)流程及測試方法18-25
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備18-19
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料18-19
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備19
• 2.2 材料物性表征19-21
• 2.2.1 材料結(jié)構(gòu)分析19-20
• 2.2.2 材料形貌分析20-21
• 2.3 電極片的制備及扣式電池的組裝21-23
• 2.3.1 電極片的制備21-22
• 2.3.2 扣式電池組裝22-23
• 2.4 材料的電化學(xué)性能測試23-25
• 2.4.1 充放電性能分析23
• 2.4.2 倍率性能分析23
• 2.4.3 循環(huán)性能分析23
• 2.4.4 循環(huán)伏安分析23-25
• 第3章 層狀-尖晶石錳基固溶體材料的制備及表征25-39
• 3.1 引言25
• 3.2 材料設(shè)計思路25-28
• 3.3 材料制備28-29
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)材料制備方案28
• 3.3.2 對照材料制備方案28-29
• 3.4 X射線衍射分析29-31
• 3.4.1 前驅(qū)體分析29-30
• 3.4.2 正極材料分析30-31
• 3.5 微觀形貌分析31-32
• 3.5.1 前驅(qū)體分析31-32
• 3.5.2 正極材料分析32
• 3.6 充放電性能測試32-34
• 3.7 倍率性能測試34-36
• 3.8 循環(huán)穩(wěn)定性測試36-37
• 3.9 循環(huán)伏安測試37
• 3.10 本章小結(jié)37-39
• 第4章 層狀-尖晶石錳基固溶體材料性能的影響因素39-71
• 4.1 引言39
• 4.2 前驅(qū)體合成條件對層狀-尖晶石錳基固溶體材料性能影響39-56
• 4.2.1 材料制備39-40
• 4.2.2 X射線衍射分析40-44
• 4.2.3 微觀形貌分析44-47
• 4.2.4 充放電性能測試47-52
• 4.2.5 倍率性能測試52-55
• 4.2.6 循環(huán)穩(wěn)定性測試55-56
• 4.3 煅燒條件對層狀-尖晶石錳基固溶體材料性能影響56-66
• 4.3.1 材料制備56
• 4.3.2 X射線衍射分析56-57
• 4.3.3 微觀形貌分析57-59
• 4.3.4 充放電性能測試59-61
• 4.3.5 倍率性能測試61-65
• 4.3.6 循環(huán)穩(wěn)定性測試65-66
• 4.4 尖晶石結(jié)構(gòu)材料含量對層狀-尖晶石錳基固溶體材料性能影響66-69
• 4.4.1 材料制備66
• 4.4.2 X射線衍射分析66-67
• 4.4.3 充放電性能測試67-68
• 4.4.4 倍率性能測試68-69
• 4.4.5 循環(huán)穩(wěn)定性測試69
• 4.5 本章小結(jié)69-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 致謝78

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本文編號：828263