復(fù)合氧化物鋰離子電池電極材料的合成、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)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(chǎn)品的小型化、輕量化要求，從而成為“3C”市場(chǎng)的主流。但是隨著4G通信技術(shù)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(jìn)儲(chǔ)鋰電極材料是當(dāng)前鋰離子電池領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本論文通過采用聚合熱解法和低溫溶劑熱法對(duì)鉆基、鎳基正極材料復(fù)合氧化物和錳基復(fù)合氧化物負(fù)極材料進(jìn)行了研究。主要結(jié)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(jí)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(xué)性能。當(dāng)充放電截止電壓為3.5～4.5 V時(shí)，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?jī)x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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)

3、受到嚴(yán)重破壞。這一結(jié)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(jié)構(gòu)張力，提高材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而大大提高了材料的電化學(xué)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(shí)間對(duì)材料結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能的影響。通過XRD衍射圖和SEM照片分析，得到的產(chǎn)物具有高的結(jié)晶度、有序的層狀結(jié)構(gòu)，粒徑分布均勻，由直

4、徑約150 nm的亞微米級(jí)顆粒組成。在4.3～3.0 V電壓區(qū)間進(jìn)行測(cè)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(xué)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(jí)均勻分布的優(yōu)勢(shì)，此方法極適合復(fù)合金屬氧化物材料的制備。 3.新型負(fù)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(jié)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(jìn)行恒流充放電實(shí)驗(yàn)，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(jié)構(gòu)的ZnMn2O4及其儲(chǔ)鋰性能研究 采用溶劑熱的方法合成花狀的ZnMn2O4超結(jié)構(gòu)。此方法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度低。