文档介绍：中南大学
博士学位论文
锂离子电池正极材料层状LiMnO<,2>及
LiMn<,1/3>Ni<,1/3>Co<,1/3>O<,2>的制备及电化学性能研究
姓名:李义兵
申请学位级别:博士
专业:冶金物理化学
指导教师:陈白珍
20061101
摘要随着便携式用电器具的普及和电动汽车的发展,开发廉价、高性能、安全性锂二次电池成为锂离子电池工业发展的重心。层状锰系锂离子电池正极材料正符合此背景要求。因此本论文以锰系锂离子电池正极材料层状锰酸锂和层状为研究目标,较系统地研究了合成工艺、材料改性、结构表征,电化学性能以及电极动力学性能。以离子交换法合成单斜型和低温固相法合成锰酸锂。馐越果表明,低热反应合成样品的物相结构为富锂尖晶石5缁阅懿试结果表明:单斜型和尖晶石二种材料均因相结构不稳定,容量衰减较快。以·蚆为原料、在保护气流下、采用中高温一步固相法制备层状锰酸锂。通过热分析技术探讨了合成层状的反应机理,、炔馐允侄蜗低逞芯苛吮荷瘴露取⑹奔洹⑶蚰条件、锂锰配比等对合成甃锢硇阅艿挠跋臁Q芯縪晶面峰半高宽变化发现:随着反应温度升高,层状晶体的层错率或缺陷逐渐降低。但铣傻难肪哂凶畲蟮牟愦砺省T弦员7稚⒓球磨处理后合成的样品颗粒粒径分布均匀、比表面积大、表观形貌为类球形。研究了合成条件对电化学性能的影响,。馐苑⑾郑簅材料充放电循环多次的正极活性物质晶相已从层状结构不可逆地转变为尖晶石结构。高电压区和高温条件下循环性能测试发现:层状材料具有较好的耐过充性能和高温稳定性能。优化合成工艺为:原料锂锰配比为员N分散剂球磨,卤荷。合成的层状材料首次充放电容量分别为·,次循环后容量保持率为%。通过交流阻抗技术研究了电极界面过程的锂离子迁移机制。研究了掺,对层状相结构与性能的影响,结果表明层状掺,在浓度较低时其循环稳定性得到提高。掺铝量为的材料具有较好的电化学性能,充电限压为弊罡呷萘靠纱,循环次后,容量高达,通过循环伏安和交流阻抗实验阐明掺~提高了材料的电子导电性和电化学特性。恒电位阶跃法分别测定了在层状和掺铝锰博士学位论文
。循环伏安性能测试表明,/,‰.缂ú牧涎房赡酸锂正极中锂离子扩散系数,结果表明掺杂材料锂离子扩散系数比大一个数量级,为采用液相共沉淀法制备前驱体,然后再高温焙烧合成了正极材料。研究了反应温度、沉淀剂浓度、沉淀剂种类和值对前驱体性能的影响。制各前驱体的最佳工艺参数为:以的为沉淀剂,。焙烧条件为疌预焙烧,然再N:铣傻腖,徒瞎嬲..的初始放电容量达到沸阅芎谩研究了掺杂元素对,/曲、、,性能的影响,以钛元素作为掺杂的主要研究对象。当掺量为时,电化学性能表现最好,在~诺缛萘课.;~诺缛萘课.;~诺缛萘课~;~。与近期国内外研究成果比较,本研究合成的锂离子电池正极材料..谕嗖分斜硐殖鲇乓斓牡缁阅埽哂邢嗟贝的市场推广应用前景。关键词:锂离子电池正极材料层状晶格层错掺杂改性博士学位论文摘要.
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作者签名:——作者签名:——导师签名:——日期:原创性声明本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中南大学或其它单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。关于学位论文使用授权说明本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文;学校年——月——日可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。期:
第一章文献综述前言锂离子二次电池是继镍氢、镍镉电池之后发展起来的一种新型化学电源。锂二次电池的研究起源于世纪~年代的石油危机时期【俊5笔敝饕<性以金属锂及其合金为负极的锂二次电池的研究,但是,电池在充电的时候,由于金属锂电极表面不均匀,导致表面电位分布不均匀,造成锂不均匀沉积。这种不均匀的沉积过程导致锂在一些部位沉积过快而形成枝晶,枝晶的后果一方面是由于它的折断会造成锂的不可逆;另一方面,枝晶会穿过隔膜而引起短路,产生大电流,生成大量的热,使电池着火,