水熱法合成富鋰層狀-尖晶石復合材料及其電化學性能.pdf

1、水熱法合成水熱法合成富鋰富鋰層狀層狀尖晶石復合材料及尖晶石復合材料及其電化學電化學性能性能Hydrothermalsynthesisoflithiumrichlayeredspinelcompositecathodematerialitselectrochemicalperfmance學科專業(yè)：材料學研究生：劉聰指導教師：師春生教授天津大學材料學院二零一三年十二月摘要富鋰層狀正極材料xLi2MnO3(1x)Li(Mn0.5Ni0.5)O

2、2以其具有高比容量、價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點被認為是電動汽車鋰離子電池用理想正極材料，因而得到廣泛的研究。然而，該正極材料存在首次不可逆容量大、循環(huán)穩(wěn)定性差和倍率性能差的問題阻礙了其實用化進程。因此，探索高比容量、高循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性能的鋰離子正極材料具有重要的理論意義和應用價值。本文采用水熱法原位合成了富鋰層狀石墨烯復合材料，系統(tǒng)研究了石墨烯不同質量分數添加量對復合材料形貌、結構和電化學性能的影響。通過水熱煅燒法合成了富鋰層狀尖晶石

3、復合材料，比較了富鋰層狀尖晶石復合材料與單一尖晶石材料和富鋰層狀正極材料在形貌、結構和電化學性能方面的差異；分析了制備工藝條件（水熱反應溫度、時間和煅燒溫度）對復合結構中層狀相和尖晶石相形成比例及其電化學性能的影響。研究結果表明：(1)水熱法制備的富鋰層狀正極材料尺寸為納米級，粒徑尺寸分布為100nm以下。最優(yōu)的水熱合成工藝參數為：水熱反應溫度180℃，反應時間10小時；(2)添加石墨烯能提高比表面積和導電性，顯著改善富鋰層狀正極的放電

4、比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。當石墨烯質量添加分數為4wt%復合材料獲得最好的電化學性能(3)富鋰層狀尖晶石復合材料Li1.13Mn0.75Ni0.25O2.32能顯著改善富鋰層狀正極材料的首次容量不可逆損失和循環(huán)穩(wěn)定性。其首次庫倫效率由富鋰層狀正極材料75%提升為90%，在0.1C下循環(huán)50周后放電比容量保持在227mAhg，幾乎無容量損失。同時復合結構能顯著降低富鋰層狀的電荷轉移電阻，層狀尖晶石復合結構循環(huán)10周后的電荷轉移電阻為103.2Ω