發(fā)布時間：2017-09-21 20:47

  本文關(guān)鍵詞：硅酸錳鋰正極材料的制備及改性研究

  更多相關(guān)文章： Li_2MnSiO_4 包覆 摻雜 磷酸根 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

【摘要】：鋰離子電池作為能量存儲的重要器件,因其比容量高,比功率大和循環(huán)特性好等優(yōu)勢在新能源汽車領(lǐng)域占據(jù)著不可替代的重要位置。作為安全性好并且成本低廉的聚陰離子正極材料,硅酸錳鋰憑其超高的理論比容量(333m Ah/g)和較高的電壓平臺(4.1V和4.5V)受到了眾多研究者的廣泛關(guān)注。然而硅酸錳鋰正極材料存在純相合成較難,電化學(xué)活性極低和循環(huán)容量衰減過快等三大問題。針對這些問題,本文采用混合溶劑熱法制備中間產(chǎn)物來實現(xiàn)對材料的定向控制,選取淀粉為碳源對材料表面進行修飾以提高電子電導(dǎo)率,通過混合聚陰離子摻雜對材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進行初步改性探究。首先,論文采用了混合溶劑熱法制備中間產(chǎn)物Mn-Si-O來合成Li_2MnSiO_4,得到了具有正交相Pmnb結(jié)構(gòu)的硅酸錳鋰。通過控制原始反應(yīng)物的尺寸大學(xué)可實現(xiàn)對硅酸錳鋰晶粒尺寸的有效控制。同時,論文討論了在混合溶劑熱反應(yīng)制備Mn-Si-O的過程中,溫度和時間等對材料表面形貌的影響,優(yōu)化了反應(yīng)條件。采用淀粉作為碳源,分析了不同碳含量對材料的結(jié)構(gòu)和晶粒尺寸的影響,確定選擇最佳包覆量。其次,在碳包覆的基礎(chǔ)上設(shè)計并合成了Li2+xMn_(1-x)[PO_4]x[SiO_4]_(1-x)O_4/C正極材料,研究了磷酸根摻雜對材料的結(jié)構(gòu)和表面形貌的影響,測定了在室溫25°C,0.05C的倍率和1.5-4.8V的電壓范圍下材料的電化學(xué)性能。結(jié)果顯示磷酸根摻雜對材料的電化學(xué)容量有著明顯的提升作用,同時對容量保持率也有一定的改善。在此基礎(chǔ)上通過對材料在不同充放電次數(shù)下的動態(tài)結(jié)構(gòu)進行研究發(fā)現(xiàn),磷酸根摻雜對材料電化學(xué)循環(huán)過程中由錳氧四面體到錳氧八面體的轉(zhuǎn)變有一定的抑制作用,從而控制材料的結(jié)構(gòu)衰退�？紤]到鋰離子缺陷和磷酸根的有效作用,設(shè)計并合成了另一種混合聚陰離子正極材料Li2-xMn[PO_4]x[SiO_4]_(1-x) O_4/C,研究了不同x值下材料的結(jié)構(gòu),表面形貌和電化學(xué)性能,結(jié)果表明Li1.90Mn[PO_4]0.10[SiO_4]0.90O_4/C的放電循環(huán)性能最好,最高放電容量接近250mAh/g且30次循環(huán)后維持在150mAh/g左右。
【關(guān)鍵詞】：Li_2MnSiO_4 包覆 摻雜 磷酸根 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 前言9-20
• 1.1 引言9
• 1.2 鋰離子電池概述9-11
• 1.3 正極材料概述11-13
• 1.3.1 過渡族金屬氧化物正極材料11-12
• 1.3.2 聚陰離子正極材料12-13
• 1.4 硅酸錳鋰概述13-19
• 1.4.1 基本結(jié)構(gòu)和特性13-14
• 1.4.2 存在的問題14-15
• 1.4.3 晶體學(xué)相關(guān)理論15-17
• 1.4.4 常用制備工藝17-18
• 1.4.5 改性研究進展18-19
• 1.5 課題研究內(nèi)容及意義19-20
• 第2章 實驗原料與實驗方法20-25
• 2.1 實驗原料與試劑20
• 2.2 材料的合成與制備20-21
• 2.2.1 合成Mn-Si-O21
• 2.2.2 Li-Mn-Si-O的制備21
• 2.2.3 碳源包覆21
• 2.3 極片制備與電池組裝21-22
• 2.4 材料的結(jié)構(gòu)和形貌表征22-23
• 2.4.1 XRD分析22
• 2.4.2 SEM分析22
• 2.4.3 TEM分析22
• 2.4.4 XPS分析22-23
• 2.4.5 RAMAN分析23
• 2.4.6 TG分析23
• 2.5 材料的電化學(xué)性能表征23-25
• 2.5.1 循環(huán)伏安測試23
• 2.5.2 阻抗譜測試23-24
• 2.5.3 恒流充放電測試24-25
• 第3章 硅酸錳鋰的定向合成與控制25-33
• 3.1 引言25
• 3.2 實驗部分25-26
• 3.2.1 中間產(chǎn)物的制備25
• 3.2.2 正極材料與碳包覆25-26
• 3.2.3 極片制備與電池組裝26
• 3.3 結(jié)果與討論26-32
• 3.3.1 硅酸錳鋰的合成原理26-27
• 3.3.2 混合溶劑熱反應(yīng)的優(yōu)化27-28
• 3.3.3 材料的尺寸和形貌控制28-30
• 3.3.4 碳包覆量的優(yōu)化30-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第4章 磷酸根對硅酸錳鋰動態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響33-44
• 4.1 引言33
• 4.2 實驗部分33-34
• 4.2.1 正極材料的合成33
• 4.2.2 極片制備與電池組裝33-34
• 4.3 結(jié)果與討論34-42
• 4.3.1 混合聚陰離子摻雜的基本原理34-35
• 4.3.2 材料的結(jié)構(gòu)分析35-37
• 4.3.3 材料的形貌分析37
• 4.3.4 材料的電化學(xué)性能分析37-39
• 4.3.5 材料的循環(huán)穩(wěn)定性分析39-42
• 4.4 本章小結(jié)42-44
• 第5章 Li_(2-x)Mn[PO_4]_x[SiO_4]_(1-x)O_4/C的合成及性能研究44-50
• 5.1 引言44
• 5.2 實驗部分44-45
• 5.2.1 正極材料的合成44
• 5.2.2 極片制備與電池組裝44-45
• 5.3 結(jié)果與討論45-48
• 5.3.1 材料的結(jié)構(gòu)分析45-46
• 5.3.2 材料的形貌分析46-47
• 5.3.3 材料的電化學(xué)性能分析47-48
• 5.4 本章小結(jié)48-50
• 第6章 結(jié)論50-51
• 參考文獻51-54
• 致謝54-56
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果56

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1 鄧超;孫言虹;馬麗;董哲;尚宇;;硅酸錳鋰-碳復(fù)合材料的合成與性能表征[J];化學(xué)工程師;2012年04期

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1 翟鵬遠(yuǎn);硅酸錳鋰正極材料的制備及改性研究[D];清華大學(xué);2015年

2 鄭育培;新型可充鎂電池正極材料硅酸鈷鎂的制備及性能研究[D];上海交通大學(xué);2011年

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本文編號：896793