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锂离子电池正极材料锰酸锂的制备及其性能研究

李亚彬

  当前锂离子电池使用的主流正极材料是钴酸锂LiCoO_2,但是由于其容量利用率低、成本高,因此很难被大型锂离子电池所采用。因此,资源丰富,价格低廉,并且对环境友好和安全性好的具有独特三维隧道结构的锰酸锂LiMn_2O_4正极材料引起了科研工作者的关注。但是该材料本身也存在着一定的缺点,主要问题是锰酸锂LiMn_2O_4在循环过程中容量衰减严重和锰的溶解等。为了克服上述缺点,提高该材料的可逆容量和循环寿命,研究者从制备方法、掺杂改性和表面修饰对其进行了改进。本论文主要研究的是对锰酸锂的表面进行修饰来尝试改善其电化学性能。 在本论文中,首先采用溶胶-凝胶法在常温条件下制备了纯相的锂离子正极材料锰酸锂LiMn_2O_4,从XRD的测试结果可以清晰地观察到该材料的特征峰与其标准的晶格衍射峰相匹配。从TEM图中可得到所合成样品的颗粒为不规则形状,粒径在150nm~400nm之间,分布较均匀,一般在200nm左右。 用浸泡法将乙酰丙酮钒附着在LiMn_2O_4材料表面,热处理一定时间。XPS、EDS和XRD的研究结果表明,热处理并未使钒进入LiMn_2O_4骨架结构,乙酰丙酮钒已完全转化成V_2O_5,并且包覆在LiMn_2O_4材料表面形成V_2O_5包覆层。包覆前后的EIS研究表明,表面包覆V_2O_5样品的电阻较低,即包覆能明显提高材料导电性。高温(55℃)和室温下电池性能测试结果可知,包覆使材料的倍率性能明显增大,特别是在大倍率充放电下包覆材料仍有较高的放电比容量,其循环寿命也显著延长,表明V_2O_5包覆可明显改善用溶胶凝胶法合成LiMn_2O_4材料的电化学性能。 本文又尝试了用固相法合成了锰酸锂材料。从高温和室温测试结果可知,包覆量为2.5%在高温下具有较好的倍率性能和寿命循环。……   
[关键词]:锰酸锂;表面修饰;V_2O_5-LiMn_2O_4;电化学性能;固相法
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:苏州大学2012年