水熱法合成富鋰層狀-尖晶石復(fù)合材料及其電化學(xué)性能.pdf

1、水熱法合成水熱法合成富鋰富鋰層狀層狀尖晶石復(fù)合材料及尖晶石復(fù)合材料及其電化學(xué)電化學(xué)性能性能Hydrothermalsynthesisoflithiumrichlayeredspinelcompositecathodematerialitselectrochemicalperfmance學(xué)科專(zhuān)業(yè)：材料學(xué)研究生：劉聰指導(dǎo)教師：師春生教授天津大學(xué)材料學(xué)院二零一三年十二月摘要富鋰層狀正極材料x(chóng)Li2MnO3(1x)Li(Mn0.5Ni0.5)O

2、2以其具有高比容量、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池用理想正極材料，因而得到廣泛的研究。然而，該正極材料存在首次不可逆容量大、循環(huán)穩(wěn)定性差和倍率性能差的問(wèn)題阻礙了其實(shí)用化進(jìn)程。因此，探索高比容量、高循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性能的鋰離子正極材料具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文采用水熱法原位合成了富鋰層狀石墨烯復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了石墨烯不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加量對(duì)復(fù)合材料形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。通過(guò)水熱煅燒法合成了富鋰層狀尖晶石

3、復(fù)合材料，比較了富鋰層狀尖晶石復(fù)合材料與單一尖晶石材料和富鋰層狀正極材料在形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能方面的差異；分析了制備工藝條件（水熱反應(yīng)溫度、時(shí)間和煅燒溫度）對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)中層狀相和尖晶石相形成比例及其電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明：(1)水熱法制備的富鋰層狀正極材料尺寸為納米級(jí)，粒徑尺寸分布為100nm以下。最優(yōu)的水熱合成工藝參數(shù)為：水熱反應(yīng)溫度180℃，反應(yīng)時(shí)間10小時(shí)；(2)添加石墨烯能提高比表面積和導(dǎo)電性，顯著改善富鋰層狀正極的放電

4、比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。當(dāng)石墨烯質(zhì)量添加分?jǐn)?shù)為4wt%復(fù)合材料獲得最好的電化學(xué)性能(3)富鋰層狀尖晶石復(fù)合材料Li1.13Mn0.75Ni0.25O2.32能顯著改善富鋰層狀正極材料的首次容量不可逆損失和循環(huán)穩(wěn)定性。其首次庫(kù)倫效率由富鋰層狀正極材料75%提升為90%，在0.1C下循環(huán)50周后放電比容量保持在227mAhg，幾乎無(wú)容量損失。同時(shí)復(fù)合結(jié)構(gòu)能顯著降低富鋰層狀的電荷轉(zhuǎn)移電阻，層狀尖晶石復(fù)合結(jié)構(gòu)循環(huán)10周后的電荷轉(zhuǎn)移電阻為103.2Ω