錳系鋰離子電池正極材料的研究.pdf

1、鋰離子電池作為儲能材料被用于手機、照相機、手提電腦、電動車及混合動力汽車等領(lǐng)域。其中,鋰離子電池的正極材料在其結(jié)構(gòu)中占有舉足輕重的地位。錳系氧化物鋰鹽正極材料因為其工作電壓高,原材料豐富,價格便宜,安全性好,環(huán)境友好等優(yōu)點,得到了廣泛關(guān)注,在動力汽車等市場的具有很高的應用前景。但由于其較低的比容量,使用過程中容量衰減和循環(huán)性能差等原因,使其應用受到了一定的限制。通過陽離子取代錳離子的位置,對氧化錳鋰進行摻雜形成固溶體,是提高氧化錳鋰材料

2、循環(huán)性能的重要方法。
　　本論文采用共沉淀法,主要通過三種陽離子對錳酸鋰進行了改性研究。利用X射線衍射儀(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM)對材料晶體結(jié)構(gòu)、表觀形貌和化學成分進行了分析表征,以分析晶體的結(jié)構(gòu)變化,顆粒的尺寸與形貌改變對材料性能的影響,從而優(yōu)化材料的電化學性能;采用恒電流充放電測試技術(shù)對其電化學性能進行測定分析,探索最佳元素摻雜量。
　　(1)通過研究鋰離子對氧化錳鋰的影響可以發(fā)現(xiàn),隨著鋰離子含量的減少,其晶體

3、結(jié)構(gòu)會發(fā)生明顯的變化,正極材料的物相發(fā)生改變。隨著鋰離子含量的減少,材料的放電容量呈下降趨勢,充放電電壓平臺逐漸清晰。Li1.15Mn2O4材料為層狀-尖晶石型復合材料,即0.09Li2MnO3·0.91LiMn2O4,材料表現(xiàn)出良好的電化學性能,其結(jié)構(gòu)中的Li2MnO3在充放電過程中能穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu),使材料表現(xiàn)出良好的電化學穩(wěn)定性。
　　(2)通過研究鎳離子對錳酸鋰的影響可以發(fā)現(xiàn),鎳離子的加入會使尖晶石結(jié)構(gòu)發(fā)生細微的變化,材料的

4、晶格收縮。鎳離子的摻入可以細化晶體顆粒大小,提高材料顆粒的均一性,進而減小了鋰離子的擴散路徑,提高其高倍率放電性能,但是較小的顆粒對循環(huán)性能影響較大。鎳離子的加入能明顯提高材料的放電電壓,使材料具有較高的比功率。
　　(3)通過研究鈷離子對錳酸鋰的影響可以發(fā)現(xiàn),鈷離子的摻入可以明顯的改變晶體的微觀形貌,使得晶體生長時按一定的方向優(yōu)先生長。當鈷的摻雜量達到0.1時,Li1.15Mn1.9Co0.1O4材料呈規(guī)則的正八面體,具有良好的