復合氧化物鋰離子電池電極材料的合成、結構和電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池作為新一代二次電池體系，具有高電壓及高比能量的特性，最能滿足便攜式電子產品的小型化、輕量化要求，從而成為“3C”市場的主流。但是隨著4G通信技術的發(fā)展，亟需發(fā)展更高比容量的電極材料來滿足下一代鋰離子電池能量密度的要求。因此，開發(fā)和探索新型先進儲鋰電極材料是當前鋰離子電池領域的一個研究熱點。本論文通過采用聚合熱解法和低溫溶劑熱法對鉆基、鎳基正極材料復合氧化物和錳基復合氧化物負極材料進行了研究。主要結果有： 1.高容量Li

2、CoO2的制備和性能研究 采用丙烯酸鹽聚合熱解法合成了亞微米級的LiCoO2材料。該材料表現(xiàn)出比商品LiCoO2材料更優(yōu)異的電化學性能。當充放電截止電壓為3.5～4.5 V時，材料循環(huán)50周后仍保持了其初始容量的85.6％，而商品LiCoO2材料容量儀剩約52.6％。比較材料循環(huán)前后的XRD衍射圖，發(fā)現(xiàn)該材料循環(huán)50周后晶體結構未發(fā)生明顯變化，晶格常數(shù)與循環(huán)前相比變化不大。而商品LiCoO2材料的晶格常數(shù)明顯增大，表明材料的結構

3、受到嚴重破壞。這一結果說明材料具有較小粒徑，可以更好的減小材料在鋰離子嵌入和脫出過程中的結構張力，提高材料結構穩(wěn)定性，從而大大提高了材料的電化學性能。 2.高容量LiNi0.8Co0.2O2的制備和性能研究 同樣采用丙烯酸鹽聚合熱解法合成了LiNi0.8Co0.2O2材料，并深入研究了煅燒溫度和時間對材料結構、電化學性能的影響。通過XRD衍射圖和SEM照片分析，得到的產物具有高的結晶度、有序的層狀結構，粒徑分布均勻，由直

4、徑約150 nm的亞微米級顆粒組成。在4.3～3.0 V電壓區(qū)間進行測試，首周放電容量為189 mAh/g，循環(huán)50周后容量保持率為95.2％，顯示出優(yōu)異的電化學性能，充分表明采用聚合熱解法合成的材料具有原料原子級均勻分布的優(yōu)勢，此方法極適合復合金屬氧化物材料的制備。 3.新型負極材料納米ZnMn2O4的制備和性能研究 同樣采用聚合熱解方法合成了四方ZnMn2O4納米晶體，通過XRD和TEM表征分析表明所合成的材料具有高

5、的結晶度和純度，粒徑分布在30-60 nm之間。在電流密度為100 mA g-1，電壓范圍為0.01～3.0 V下進行恒流充放電實驗，材料初始容量為763 mAh g-1，循環(huán)50周后容量仍保持569 mAh g-1，從第十周到第五十周平均每周僅衰減0.20％，表現(xiàn)了很好的循環(huán)性能。 4.低溫溶劑熱制備花狀超結構的ZnMn2O4及其儲鋰性能研究 采用溶劑熱的方法合成花狀的ZnMn2O4超結構。此方法工藝簡單，反應溫度低。