正極薄膜材料lini0.5mn0.5o2的溶膠凝膠旋涂法制備及性能研究

1、獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名：邊蟈炙日期：邊：! 至：；學(xué)位論文使用授權(quán)書本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保

2、留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn)可的國家有關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫使用或收錄本學(xué)位論文，并向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。( 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定)研究生( 簽名) ：為蚓目雷導(dǎo)師( 簽名) ：。存驂日期叫p ．n 、弓摘要層狀結(jié)構(gòu)L i N i o ．5

3、 M n o ．5 0 2 作為一種鋰離子電池正極材料，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比容量高、熱安全性好、原料成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是極有研究?jī)r(jià)值的材料體系，但關(guān)于L i N i o ．5 M n o ．5 0 2 薄膜材料的研究文獻(xiàn)報(bào)道較少。本論文選取L i N i o ．5 M n o ．5 0 2薄膜材料作為研究體系，’采用溶膠凝膠旋涂法制備。該工藝過程簡(jiǎn)單，與射頻磁控濺射、脈沖激光沉積( P L D ) 等物理方法相比不需要昂貴的設(shè)備，制備成本

4、較低，而且化學(xué)組分容易控制，便于規(guī)模生產(chǎn)。本論文綜合文獻(xiàn)報(bào)道，選取價(jià)廉易得的醋酸鋰、醋酸錳和乙酰丙酮鎳為原料，通過大量實(shí)驗(yàn)摸索出穩(wěn)定、均勻的前軀體溶膠的配制方法。采用旋轉(zhuǎn)涂膜技術(shù)，在S i 基片、P t 門ⅣS i O J S i 基片和P t 基片上分別制備了L i N i o ．5 M n o ．5 0 2 薄膜材料。主要討論了溶膠凝膠旋涂法制備薄膜工藝中影響成膜質(zhì)量和性能的各種因素：( 1 ) 前驅(qū)體溶液的配制，包括原料配比、溶液

5、中總金屬離子濃度以及成膜助劑濃度對(duì)成膜質(zhì)量的影響等；( 2 ) 旋涂工藝，包括甩膠速度及時(shí)間的控制，濕膜干燥工藝的確定；( 3 ) 高溫退火方式，退火溫度和退火升溫速率對(duì)L i N i o ．5 M n o ．s 0 2薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響。利用各種測(cè)試手段X R D ，S E M ，T G 巾S C ，I C P ．A E S ，C V 測(cè)試和電化學(xué)性能測(cè)試等，系統(tǒng)研究了原料配比、P V P 的用量、干燥處理溫度、退火溫

6、度及升溫速率等對(duì)L i N i o ．5 M n o ．5 0 2 薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響。通過優(yōu)化工藝參數(shù)，我們制得了表面結(jié)晶均勻、致密、無裂痕的L i N i o ．5 M n o ．5 0 2 薄膜材料，具有良好的電化學(xué)性能。研究表明最佳產(chǎn)物的制備條件為：醋酸鋰+ 乙酰丙酮鎳+ 醋酸錳+ 冰醋酸+ 異丙醇+ 水，以P V P 為成膜助劑，其中L i ／( M n + N i ) = 1 ．2 0 ，金屬離子總濃度O ．

7、6 6m o l ／L 為宜，P V P 最佳濃度為O ．5 m o l ／L ；旋涂工藝轉(zhuǎn)速為3 0 0 0 r p m ，時(shí)間3 0 s ，重復(fù)旋涂五次得到所需厚度薄膜；當(dāng)干燥溫度為4 5 0 ℃，并在7 0 0 “ ( 2 ( 控制一定的升溫速率) 退火3 0 m i n 得到的L i N i o ．5 M n o j 0 2 薄膜材料結(jié)構(gòu)形貌及電化學(xué)性能良好。X R D 結(jié)果表明，最佳條件下制備的L i N i o ．5 M n

8、 o ．5 0 2 薄膜材料具有純相的層狀結(jié)構(gòu)，I C P 分析薄膜的化學(xué)組成為L(zhǎng) i l ．o l N i o ．5 M n o ．5 0 2 ，在電壓范圍2 ．5 V 4 ．5 V以2 0 ∥A ／c r n 2 的電流充放電時(shí)，首次放電容量為9 2 ．2 8 ／t A h ／c m 2 ／z m ，循環(huán)5 0 次后為7 3 ．6 8 ／．t A h ／c m 2 ／t m ，容量保持率約為8 0 ％。關(guān)鍵詞：薄膜鋰電池，L i N