納微結(jié)構(gòu)Li2MnO3及其表面改性復合材料作為鋰離子電池正極材料的研究.pdf

1、化石燃料危機及環(huán)境污染問題迫使人們?nèi)ふ倚碌那鍧嵞茉?。鋰離子電池作為替代石油能源的儲能之一，得到大量的關(guān)注和研究，并且已在便攜式電子設(shè)備等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并開始拓展電動汽車等大容量電池市場。但是市場化的鋰離子電池正極材料容量低(LiCoO2實際容量在140 mAh g-1，LiMn2O4和LiFePO4的理論容量只有148 mAh g-1和170 mAh g-1)，難以滿足電動汽車等對高容量及低成本的要求。近年來，富鋰層狀材料L

2、i2MnO3-LiMO2(M=Ni，Co，Mn, Fe，Cr等中的一種或者幾種)因容量高而成為非常具有發(fā)展前景和商業(yè)化的下一代鋰離子電池正極材料。
　　本論文從納微結(jié)構(gòu)材料出發(fā)，以Li2MnO3為研究客體，探索了多種形貌納米材料的合成條件及規(guī)律，并著重考察了如何從表面處理的角度解決Li2MnO3在充放電過程中首次大的不可逆容量損失和析出氧氣的問題。主要內(nèi)容包括:
　　(1)在本論文第三章，通過熔融鹽法制備了Li2MnO3納米

3、帶，然后首次通過簡單的溶膠凝膠法制備了具有共軸結(jié)構(gòu)的LiCoO2/Li2MnO3納米帶，并對其及其中間產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和形貌進行了XRD，F(xiàn)ESEM和TEM的表征。作為鋰離子電池正極材料，共軸結(jié)構(gòu)的LiCoO2/Li2MnO3具有高的放電比容量(180 mAh g-1)和優(yōu)異的循環(huán)性能，即使是在充電電壓高達4.8V這樣的條件下。所以該復合材料在實際應(yīng)用中還具有防止過充造成安全問題的好處。該研究中的的合成方法也可以用來合成具有共軸結(jié)構(gòu)的其他材料，

4、例如LiCoO2/LiMn2O4納米線和納米管。
　　(2)在本論文第四章，通過MnCO3微米立方體做模板，首次報道合成了Li2MnO3納米片，并觀察和研究了其生長過程。為了解決Li2MnO3首次充放電過程中的不可逆容量損失，在在其表面包覆了一層不含有Li但能進行Li離子嵌入和脫出的材料:FePO4。作為鋰離子電池正極材料，該FePO4@Li2MnO3納米復合物具有高的首次充放電比容量和優(yōu)異的循環(huán)性能。由于在放電過程中，F(xiàn)ePO4

5、可以嵌入那些無法嵌入Li2MnO3的鋰離子，這大大降低了Li2MnO3首次充放電的不可逆容量損失。最重要的是，這一方法也可應(yīng)用于富鋰了材料Li2MnO3-LiMO2。同時由于該復合材料的原料Fe和Mn在自然界中含量豐富，因此該復合物的生產(chǎn)成本很低，而且不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。
　　(3)在本論文第五章，通過MnCO3微米球做模板，首次報道合成了孔狀的Li2MnO3微米球，并首次在其表面包覆了一層多孔狀的Co3O4。作為鋰離子電池正極材