试议掺杂锂离子电池正极材料LiMn_2O_4高温固相合成及改性学年

论文导读：02Mn1.98O4(M=Mn,Ti,Al)的系列产物,考察了不同掺杂元素对LiMn2O4电极材料结构和电化学性能方面的影响。实验结果表明：Li1.02Al0.02Mn1.98O4具有优秀的电化学性能,在室温1C条件下充放电循环205圈比容量由116.8mAhg-1降为106mAhg-1,总的比容量保持率为90.75%。

3、La203包覆改性尖晶石锰酸锂。采取机械球磨结合高温煅烧的办法

摘要：随着经济社会的高速进展与电池技术的不断改善,锂离子电池的运用领域越来越广泛,需求也越来越迫切。尖晶石LiMn2O4因其成本低、资源丰富、可快速充放电和无污染等优点,被认为是非常有潜力的锂离子电池正极材料。然而,其缺点是由Jahn-Teller效应、锰的溶解、电解液的分解等理由而引起的循环性能较差。本文通过掺杂金属阳离子、表面包覆改性等模式制备具有高能量密度、良好循环性能的尖晶石LiMn2O4材料,并且通过XRD、SEM、TEM、EDS等测试手段对前驱体、最终产物进行结构、元素和形貌的分析,采取循环伏安法、恒电流充放电测试对电极材料的电化学性能进行分析。本文主要完成的工作如下：1、稀土元素La掺杂改性尖晶石锰酸锂。采取高温固相法,探讨了稀土元素La掺杂改性锰酸锂,制备了Li1.02LaxMn2-xO4(x=0,0.02,0.05,0.1)系列产物,探索了稀土元素掺杂对尖晶石锰酸锂电极材料物理特性、空间结构稳定性从及电化学性能的影响。XRD衍射峰表明该系列产物均为尖晶石结构。其中,Li1.02La0.05Mn1.95O4在室温0.5C条件下充放电循环200圈,放电比容量由116.5mAh g-1降为100.8mAhg-1,总的比容量保持率达到86.52%。2、金属元素Al、Ti掺杂改性尖晶石锰酸锂。选择了Al和Ti掺杂改性锰酸锂,制备了Li1.02M0.02Mn1.98O4(M=Mn, Ti,Al)的系列产物,考察了不同掺杂元素对LiMn2O4电极材料结构和电化学性能方面的影响。实验结果表明：Li1.02Al0.02Mn1.98O4具有优秀的电化学性能,在室温1C条件下充放电循环205圈比容量由116.8mAh g-1降为106mAhg-1,总的比容量保持率为90.75%。3、La203包覆改性尖晶石锰酸锂。采取机械球磨结合高温煅烧的办法分别制备了5wt.%La2O3包覆的LiMn2O4和5wt.%La2O3包覆的Li1.02La0.05Mn1.95O4正极材料。XRD衍射峰表明经过表面改性处理后的产物仍然为尖晶石结构。通过TEM、SEM、EDS等检测办法对样品进行元素和形貌的分析。实验结果表明通过La203表面改性处理,LiMn2O4和Li1.02La0.05Mn1.95O4电极材料电化学性能均有显著的提高。4、刺球状尖晶石锰酸锂的制备。使用共沉淀法成功制备了纳米刺球状Mn02前驱体,然后采取高温固相法成功制备了尖晶石LiMn2O4正极材料。通过XRD.TEM、SEM等检测办法对前驱体、最终产物进行结构、元素和形貌的分析。电化学性能测试表明,刺球状LiMn2O4具有优异的电化学循环性能。关键词：LiMn_2O_4论文高温固相法论文掺杂论文包覆论文La_2O_3论文锂离子电池论文
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CONTENTS7-10
摘要10-12
ABSTRACT12-14
第一章 绪论14-35

1.1 引言14-16

1.2 锂离子电池介绍16-22

1.2.1 锂离子电池的进展简史16-19

1.2.2 锂离子电池的运用19

1.2.3 锂离子电池的特征19-20

1.2.4 锂离子电池的组成20-21

1.2.5 锂离子电池的工作原理21-22

1.3 尖晶石型LiMn_2O_4的探讨发展22-26

1.3.1 尖晶石型LiMn_2O_4的晶体结构和充放电机理22-23

1.3.2 尖晶石型LiMn_2O_4容量衰减理由23-25

1.3.3 改进尖晶石型LiMn_2O_4材料性能探讨25-26

1.4 尖晶石型LiMn_2O_4的合成办法26-28

1.4.1 高温固相合成法27

1.4.2 溶胶-凝胶法27-28

1.4.3 共沉淀法28

1.4.4 水热合成法28

1.4.5 其它合成办法28

1.5 探讨LiMn_2O_4的作用及本论文创新之处28-30

1.5.1 探讨作用28-29

1.5.2 本论文探讨内容和创新之处29-30

1.6 参考文献30-35

第二章 合成及分析表征办法35-40

2.1 材料的合成35-37

2.

1.1 主要原料与仪器设备35-36

2论文导读： .

1.2 合成办法36-37

2.

1.3 测试电池电极的制备37

2.

1.4 测试电池的组装37

2.2 分析表征办法37-39

2.1 结构和形貌分析37-38

2.2 电化学性能分析38-39

2.3 参考文献39-40

第三章 金属阳离子掺杂改性尖晶石锰酸锂40-48

3.1 引言40-41

3.2 Li_(

1.02)La_xMn_(2-x)O_4的制备41-43

3.

2.1 结构及形貌分析41-42

3.

2.2 电化学性能分析42-43

3.3 Li_(1.02)M_(0.02)Mn_(1.98)O_4(M=Mn，Al,Ti)的制备43-46

3.1 结构及形貌分析44-45

3.2 电化学性能分析45-46

3.4 本章小结46

3.5 参考文献46-48

第四章 La_2O_3表面包覆改性尖晶石锰酸锂的探讨48-61

4.1 引言48

4.2 La_2O_3表而包覆改性尖晶石LiMn_2O_4极为电化学性能48-55

4.

2.1 机械球磨法合成La_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料48-49

4.

2.2 La_2O_3包覆LiMn_2O_4正极材料的物理表征49-52

4.

2.3 La_2O_3包覆LiMn_2O_4 正极材料的电化学性能52-55

4.3 La_2O_3表面包覆改性Li_(

1.02)La_(0.05)Mn_(95)O_4极为电化学性能55-58

4.3.1 机械球磨法合成La_2O_3包覆Li_(

1.02)La_(0.05)Mn(95)O_4正极材料55

4.3.2 La_2O_3包覆Li_(

1.02)La_(0.05)Mn_(95)O_4正极材料的物理表征55-57

4.3.3 La_2O_3包覆Li_(

1.02)La_(0.05)Mn_(95)O_4正极材料的电化学性能57-58

4.4 本章小结58-59

4.5 参考文献59-61

第五章 刺球状LiMn_2O_4电极材料的初步探讨61-67

5.1 引言61

5.2 纳米结构MnO_2的制备61-63

5.

2.1 结构及形貌分析61-63

5.3 刺球状LiMn_2O_4的制备63-65
5.

3.1 结构及形貌分析63-64

5.

3.2 电化学性能分析64-65

5.4 本章小结65

5.5 参考文献65-67

第六章 结论67-69
致谢69-70
附录：攻读硕士学位期间发表的论文及获得的荣誉和奖励70-71
学位论文评阅及答辩状况表71