錳系鋰離子電池正極材料的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著化石燃料資源的短缺和環(huán)境污染的加劇，二次電池作為清潔類能源和電子設(shè)備能量存儲(chǔ)的媒介，近年來(lái)引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。其中鋰離子電池因其性能優(yōu)異，循環(huán)壽命長(zhǎng)和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被人們寄予厚望。然而，現(xiàn)有商業(yè)化的鋰離子電池在能量密度方面仍不能滿足日益增長(zhǎng)的使用需求，因此，開(kāi)發(fā)具有高能量密度的電池材料具有重要意義。以磷酸錳鋰為代表的錳系鋰離子電池正極材料，具有平臺(tái)電壓高，能量密度大，資源豐富，環(huán)境污染小，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有潛力的

2、動(dòng)力電池材料之一。本論文主要探究了尖晶石錳酸鋰、層狀錳酸鋰和橄欖石型磷酸錳鋰的控制合成，并研究了不同形貌或構(gòu)型與材料電化學(xué)性能間的關(guān)系。
　　本論文的工作主要包括三個(gè)部分：
　　1.多孔洋蔥狀LiMn2O4的控制合成與性能研究。通過(guò)固相法批量合成了多孔洋蔥狀錳酸鋰，并結(jié)合共沉淀制備前驅(qū)體時(shí)溶液的電離平衡和各晶面的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，研究其形貌產(chǎn)生的機(jī)理。進(jìn)而使用相同的方法，通過(guò)調(diào)控pH合成了多孔球狀和多孔立方狀錳酸鋰。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表

3、明，洋蔥狀錳酸鋰具有最高的能量密度，在0.2C時(shí)能量密度達(dá)到了530Wh Kg-1，這是由洋蔥狀錳酸鋰層狀的結(jié)構(gòu)和豐富的孔洞所貢獻(xiàn)的優(yōu)異性能。
　　2.不同鋰含量對(duì)層狀錳酸鋰構(gòu)型轉(zhuǎn)化的影響及性能研究。使用固相法合成了不同鋰含量的層狀錳酸鋰 Li1±xMnO2，并探究了 Li含量對(duì)層狀錳酸鋰結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化時(shí)構(gòu)型穩(wěn)定性的影響。其中，Li/Mn比為0.75的材料的循環(huán)穩(wěn)定性要強(qiáng)于Li/Mn比為1的層狀錳酸鋰。這是由于缺鋰而出現(xiàn)了除層狀錳酸鋰相

4、以外的尖晶石類的Mn3O4，由于Mn3O4的構(gòu)型同轉(zhuǎn)化產(chǎn)物尖晶石錳酸鋰接近，因而在材料中起到了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用。另外，為了提升 LiMnO2的性能，摻雜了 Al離子，摻雜后的材料極化較小，倍率性能也得到了較大的提升。
　　3.橄欖石型磷酸錳鋰LiMnPO4的制備及性能研究。以蔗糖為導(dǎo)電碳源，采用溶劑熱和固相結(jié)合的方法合成了碳包覆的磷酸錳鋰，測(cè)試結(jié)果表明適量的蔗糖加入能顯著地提升磷酸錳鋰的導(dǎo)電性，其中，復(fù)合50wt％蔗糖的磷酸錳鋰展現(xiàn)