部分鋰離子電池材料的制備與電化學(xué)性能.pdf

1、LiMn2O4正極材料具有工作電壓適中、無污染、資源豐富等優(yōu)勢,是一直被廣泛應(yīng)用和研究的材料,LiMn2O4的唯一缺陷就是穩(wěn)定性仍不理想,本文選之作為研究對象,希望通過元素取代的方法改善其循環(huán)穩(wěn)定性;三維納米結(jié)構(gòu)的TiO2制備工藝簡單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用安全,可以滿足微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)對微型電源的要求,因此也是本文的研究對象;此外,我們還初步嘗試了以下兩個方向的研究:商業(yè)化天然石墨負(fù)極材料的等離子體處理及LiNi0.5Co0.2Mn0.

2、3O2樣品的后處理。主要工作如下:
　　1、LiMn2O4材料的改性研究
　　(1)通過一步高溫固相法(900℃)合成樣品 Li1-xNaxMn2O4(x=0-0.10),研究部分鈉取代后材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明:純的LiMn2O4電極的循環(huán)性能很差, Na取代以后,電極的循環(huán)性能得到改善;隨著Na含量從0-0.06增加,電池的容量衰減變得緩慢,當(dāng)x=0.06時,樣品的容量保持率最好。
　　(2)基于上一步的改性效果

3、,我們優(yōu)化了合成溫度及 Na的取代量。先預(yù)燒(470℃,10h)再煅燒(750℃,20h)合成了Li1-xNaxMn2O4(x=0,0.03,0.06,0.10)材料。Li+被Na+部分取代后,顆粒尺寸變小。常溫下材料的循環(huán)性能得到改善。材料的高溫循環(huán)性能和倍率性能也得到改善。綜合考慮,當(dāng)x=0.06時,樣品的性能最優(yōu)。
　　(3)采用高溫固相法合成 Li1-xKxMn2O4(x=0,0.06,0.10)材料,研究部分鉀取代后材料

4、的電化學(xué)性能。常溫下部分 K取代以后材料的首次放電比容量增大,容量保持率得到改善。同時,材料的高溫循環(huán)性能和倍率性能也得到改善。
　　(4)基于前面的工作,對Na取代量為x=0.06的Li0.94Na0.06Mn2O4材料進(jìn)行了進(jìn)一步改性。一種方法是用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的La/Ce氧化物(1wt％,2wt％,5wt％)對Li0.94Na0.06Mn2O4材料進(jìn)行改性。倍率性能測試表明,La2O3改性后材料的電化學(xué)性能沒有得到明顯改善;C

5、eO2改性后的材料在小倍率下的電化學(xué)性能沒有得到改善,但在10C下放電時,容量改善明顯。
　　另一種方法是通過 Al取代 Mn,初步研究了Al部分取代 Mn后的Li0.94Na0.06Mn2-xAlxO4(x=0,0.05,0.10)系列材料的電化學(xué)性能,結(jié)果表明:Al取代改善了Li0.94Na0.06Mn2O4材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　2、采用涂膜法制備天然石墨負(fù)極極片,然后對極片進(jìn)行表面等離子體處理,研究這種表面處理對極片

6、電化學(xué)性能的影響。處理氣氛分別為氧氣(O2)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)。結(jié)果表明,采用等離子體處理的方法可有效改進(jìn)天然石墨制備的負(fù)極極片的有效容量。
　　3、選取不同溫度900℃、930℃、950℃、980℃、1000℃合成的商業(yè)化的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料為對象,研究了不同溫度合成對LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料電化學(xué)性能的影響。充放電曲線與循環(huán)性能曲線表明,900℃、930℃合成的

7、樣品初始放電容量高,但循環(huán)性能較差;980℃、1000℃合成的樣品初始放電容量低,但循環(huán)穩(wěn)定性好。我們對900℃合成的樣品進(jìn)行后處理(900℃煅燒48h),不同截止電壓下的充放電測試結(jié)果表明,后處理可以改善樣品的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　4、采用電解方法合成了TiO2納米管陣列電極,研究了其電化學(xué)性能。合成材料中包含銳鈦礦型TiO2和Ti單質(zhì)兩相物質(zhì)。制備的二氧化鈦納米管正面呈圓孔狀排列,側(cè)面呈管狀規(guī)則排列。材料經(jīng)過6000次循環(huán)后,相結(jié)