鋰離子電池正極材料LiMn2O4的制備改性及其電化學性能的研究.pdf

1、分類號：TQ152單位代碼：單位代碼：10190研究生學號：研究生學號：201303007密級：無碩士學位論文鋰離子電池正極材料LiMn2O4的制備改性及其電化學性能的研究StudyonPreparationElectrochemicalPerfmanceofLiMn2O4CathodeMaterialfLithiumionBatteries研究生姓研究生姓名：名：岳凱強專業(yè)：業(yè)：材料材料科學科學與工程工程指導教師姓名：指導教師姓名：段

2、連峰指導教師指導教師職稱職稱：副教授20162016年4月碩士學位論文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)點被認為是最有可能取代鈷酸鋰的新一代正極材料。然而在電池使用過程中，錳酸鋰也存在著較大的容量損失，而且高溫下更加嚴重，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，并對產(chǎn)物進行了物相及形貌表征，最

3、后對產(chǎn)物的充放電、循環(huán)、倍率等電化學性能做了系統(tǒng)測試與分析。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。并對當前幾種典型正極材料的結(jié)構(gòu)及應用情況進行了簡單的概括介紹。此外，針對本文的主要研究對象LiMn2O4正極材料，我們還對其結(jié)構(gòu)存在的缺點、導致電化學性能變差的因素以及對應的改進方法進行了深入細致的探討。為了分析材料形貌結(jié)構(gòu)對LiMn2O4正極材料電化學性能的影響，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，然后又進一步通過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LiMn2O4電極材料的腐蝕作用，通過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，并進一步用PANI對其包覆改性。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)過程中的結(jié)構(gòu)膨脹，并為Li的脫嵌提供更多的反應位點。電化學測試表明，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