聚苯乙烯模板法制備鋰離子電池材料及電化學(xué)性能研究.pdf

1、電極材料是制約鋰離子電池迅速發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。材料的性能與合成方法有極大關(guān)系,采用傳統(tǒng)高溫固相法能耗大、周期長(zhǎng),所合成材料晶粒和顆粒的可調(diào)控性差,團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重,導(dǎo)致性能較差且不穩(wěn)定。在本論文中,利用聚苯乙烯(PS)模板的空間限域和調(diào)控作用,成功地制備了一系列電化學(xué)儲(chǔ)能材料。研究結(jié)果表明,聚苯乙烯既能調(diào)控材料的粒徑、形貌和結(jié)構(gòu),又能優(yōu)化材料的物理化學(xué)性質(zhì)。
　　論文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　一、采用聚苯乙烯模板法制

2、備了有序的大孔LiMn2O4。不同煅燒溫度影響電極材料的結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能。結(jié)果表明,700℃制備的樣品為多孔狀,XRD譜圖證明制備產(chǎn)物為尖晶石結(jié)構(gòu)。組裝成Li/LiMn2O4扣式電池,在3.0-4.3V區(qū)間以1C的電流充放電,首次放電比容量為113.8 mAh/g,100次循環(huán)后仍保持初始容量的86.6％,顯示了較好的循環(huán)性能。另外,該材料以2 C倍率放電時(shí),容量仍保持90 mAh/g,具有大功率放電特性,且循環(huán)性能穩(wěn)定。利用循環(huán)

3、伏安方法研究了大孔LiMn2O4的電化學(xué)性能和動(dòng)力學(xué)性質(zhì),計(jì)算了Li+的擴(kuò)散系數(shù)。
　　二、采用聚苯乙烯模板法制備了高壓電極材料LiNi0.5Mn1.5O4,成功合成了孔狀和亞微米LiNi0.5Mn1.5O4。通過(guò)熱分析(DTA、TGA)確定了合成條件,粉末 X射線衍射(XRD)表征了產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu),用掃描電鏡(SEM)觀察產(chǎn)物的形貌,通過(guò)循環(huán)伏安(CV)、電池充放電等測(cè)試手段詳細(xì)考察了不同條件下制備產(chǎn)物的電化學(xué)性能。比較得出較佳

4、的煅燒溫度為900℃,在此條件下制備的LiNi0.5Mn1.5O4在3.5-5.0 V電壓區(qū)間以0.5 C充放電,首次放電容量為102 mAh/g,186次循環(huán)后的容量達(dá)到90.1 mAh/g,為初始容量的88.3%,表現(xiàn)出優(yōu)良的循環(huán)性能。
　　三、采用聚苯乙烯(PS)模板法合成了LiCoO2、LiFePO4、Co3O4和 NiO四種電極材料。通過(guò)控制合成溫度,燒結(jié)時(shí)間,升溫速度以及聚合物模板的粒徑,所制備得到的電極材料形貌新穎,