一、尖晶石型正极材料LiCr_xMn_(2-x)O_4的电化学特性(论文文献综述)
罗荣杰[1](2021)在《熔盐法合成锂离子电池高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4及其性能研究》文中指出尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4材料拥有4.7 V的高电压平台、三维Li+快速扩散通道、价格便宜及对环境友好等优点,是一种极具开发潜力的锂离子电池正极材料。研究表明,Ni/Mn的有序度、Mn3+的含量、杂质的存在、晶粒尺寸及颗粒形貌等诸多因素对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的结构和电化学性能有很重要的影响,而这些因素均与材料的合成密切相关,为研究这些因素与材料合成的关系及对材料结构和性能的影响,本文开展以下工作:采用熔盐法,研究中性、氧化性和还原性三种不同熔盐环境下尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的合成;研究烧结温度和Li过量度对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料合成的影响。发现中性的熔盐环境是合成LiNi0.5Mn1.5O4的最佳条件,能合成出结晶度良好的纯相目标材料。而在氧化性的熔盐环境中,容易产生大量的Li2Mn O3、Ni O以及Na2Mn3O7等杂相;在还原性的熔盐环境中则容易出现Li Mn O2和Ni O等杂相,很难合成出目标材料。在中性熔盐条件下,对比800℃、850℃和900℃三个烧结温度合成的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料,发现850℃的烧结温度最有利于合成结晶度良好且电化学性能良好的尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4。基于合成研究结果,进一步研究了0%、5%、10%、15%、20%和25%(摩尔比)六个不同Li过量度、颗粒尺寸以及添加剂的引入对尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4正极材料结构和性能的影响。发现随着Li过量度从0%逐渐增加,晶胞参数先增大然后逐渐减小最后趋于稳定。在Li过量5%时,晶胞参数最大,达到8.1819(?),且此时材料中的Mn3+含量最高;在Li过量达到15%之后,开始出现杂质相,但(220)峰的强度逐渐减小。通过对比发现Li过量20%的材料中Mn3+含量最少、晶格参数最小、杂质相含量较多、过渡金属离子在四面体Li位占据最少,表现出的电化学性能最好,放电比容量达到126.8 m Ah g-1;说明在Mn3+含量、杂质含量、过渡金属离子在四面体Li位的占据等诸多因素中,对LiNi0.5Mn1.5O4性能影响更显着的是过渡金属离子在四面体Li位的占据,这一结论对进一步合理设计与合成高性能的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料具有极其重要的意义。此外,通过研究颗粒尺寸以及添加剂引入对材料电化学性能的影响,发现较大的颗粒尺寸有利于材料的电化学性能,添加剂的引入能在一定程度上提升材料的电化学性能。
宋恒旭[2](2019)在《热电池用猛酸锂正极的掺杂改性研究》文中认为低温热电池可以利用地热环境中的热量激活和工作,从而可以大幅度简化以传统军用热电池为基础的复杂电池结构,提高比容量,同时降低电池生产制造成本。而正极材料是提高热电池电压、比容量和比功率的关键材料之一。正极材料中,尖晶石型锰酸锂因为电极电位正、理论容量高且对环境友好等特性而备受关注。但是锰酸锂在放电时,其稳定性较差从而会发生相变。因此,本文对尖晶石型锰酸锂进行掺杂以提高其稳定性,进而改善其在热电池中的电化学性能。我们对电极材料间相容性进行测试,并在特定温度与电流下对单体电池进行放电测试,从而推动热电池在地热资源开采和石油-天然气等地下资源勘探过程中的应用。主要研究内容与结果有:1.采用固相法制备出铬掺杂的尖晶石氧化物LiCrxMn2-xO4,并将其应用于Li-Mg-B/LiNO3-KNO3-Ca(NO3)2/LiCrxMn2-xO4热电池体系。DSC测试结果表明LiCrxMn2-xO4与硝酸盐在室温至400°C的温度范围内有良好的相容性。铬掺杂量、温度以及电流密度对Li-Mg-B/LiNO3-KNO3-Ca(NO3)2/LiCrxMn2-xO4电池的放电性能有很大影响。其中,LiCr0.1Mn1.9O4正极材料在200°C,10 mA·cm-2的放电条件下比容量达到998 mAh·g-1。掺杂三价铬离子提高了尖晶石材料的稳定性,从而使锂锰尖晶石氧化物有更好的电化学性能。2.Cr3+、F-双离子通过高温固相法成功掺杂到尖晶石锰酸锂氧化物中,并通过XRD和XPS测试得到验证。掺杂F-离子后尖晶石在250°C和10 mA·cm-2的放电条件下电池性能明显得到改善。其中LiCr0.1Mn1.9O3.6F0.4样品在该放电条件下的放电比容量为820.78mAh·g-1,比无氟掺杂样品的放电容量高35.6%,这主要是因为氟掺杂提高了其稳定性。此外,我们测试了LiCr0.1Mn1.9O4-xFx/LiNO3-KNO3-Ca(NO3)2/Li-Mg-B电池系统适宜的工作温度为200250°C,电流密度为10 mA·cm-2。最后,通过对LiCr0.1Mn1.9O3.7F0.3样品放电产物的XRD检测,我们研究了尖晶石锰酸锂在硝酸盐电解质体系中的放电机理。3.通过Cr-Ni共掺杂制得的尖晶石LiCrx NiyMn2-x-yO4(0≤x≤0.3,0≤y≤0.3)材料保持了基体的Fd3m空间结构。在200300°C的温度范围和1030 mA·cm-2的放电条件下,用Cr3+和Ni2+部分取代尖晶石中的Mn3+提高了电池的放电电压和容量。在300°C下和10 mA?cm-2的放电条件下LiCr0.1Ni0.3Mn1.6O4样品的比容量达到713.29 mAh?g-1。改性后该电池系统放电性能显着提高主要是由于铬和镍的掺杂提高了尖晶石锰酸锂的结构稳定性。而稳定的结构使得正极材料能承受较大的电流密度,从而使电池的放电性能改善。
沈重亨[3](2017)在《锂离子电池高比容量层状金属氧化物的制备、性能与原位XRD研究》文中进行了进一步梳理动力市场是碳排放的重灾区之一,寻找取代化石能源的可持续绿色储能体系是当今世界环保经济的一大驱动力。目前锂离子电池已占据了便携式电子设备市场,然而,现有锂离子电池无法满足高动力配置对于输出功率与续航能力的要求,因此,研发高性能正极材料十分必要。富锂锰基层状氧化物xLi2MnO3·(1-x)LiM02(M=Mn,Fe,Co,Ni,etal)与富镍层状氧化物 Li[Ni1-x-yCoxMny]O2(1-x-y≥0.5)因为在高电压(>4.50V,vs.Li/Li+)下能释放超过200mAh/g的比容量,因此能满足高比能量的需求。然而,在高电压状态下,富锂锰基层状氧化物不仅在首周放电后就损失了大量的不可逆容量,而且在随后的放电过程中还经历了“电压衰减”现象,直接导致了其能量密度的降低。富镍层状氧化物在电解液副反应的冲击下产生严重的容量衰减,并且界面稳定性受到破坏。这些缺陷极大地制约了它们的商业实际实用。近年来,大量的研究着眼于这两种材料的首周结构与动力学的变化,但涉及原位过程的不多,更少有两种技术结合的原位表征。本论文从探索机理的角度出发,着重于原位测试方案并结合细致的透射电镜观察,希望给予这些材料的失效退化一些新的见解,从而为材料的进一步改性提供一些指导意见:1)通过水溶蒸发法合成了富锂锰基层状氧化物。X射线衍射结果表明,Li1.23Ni0.09Co0.12Mn0.56O2正极材料具有明显的超晶格结构,其在截止电压2.00~4.80 V范围内,首周0.1C下能够释放250.8 mAh/g的放电比容量,同时首周不可逆容量为87.3 mAh/g。在81周后,该材料的容量保持率为86%,但它在长期循环过程中存在着明显的“电压衰减”。采用原位X射线衍射技术对该材料的第一周充放电过程进行细心的观察,结果显示在第一周充电至4.54 V时,材料中有一个新相(β-Mn02)形成。该新相在首周放电过程转变为层状的Li0.9MnO2结构,并在循环后期逐渐转化为类尖晶石型AB204结构,从而干扰母体结构的稳定性与有序性,AB2O4的形成使得Li1.23Ni0.09Co0.12Mn0.5602正极材料出现部分尖晶石相特征,表现在放电曲线的逐渐下沉。借助于慢速充电过程的原位XRD实验,首次观察到材料在充电过程中β-MnO2的形成,进一步验证了富锂锰基层状氧化物在首周高电压充电阶段Li2MnO3分解为MnO2的反应,同时β-MnO2后期转化为AB204尖晶石结构。该结果可为抑制“电压衰减”现象并提升循环性能提供指导性的建议。2)通过水溶蒸发法制备得到的Li1.22Ni0.10Co0.13Mn0.55O2正极材料,采用X射线衍射结合高分辨透射电子显微镜技术,验证了这种材料的固溶体组分——层状的α-NaFeO2型LiMO2(M=Ni,Co,Mn)与单斜晶系的Li2MnO3。我们利用一种原位组合技术,即原位X射线衍射与恒电位间歇滴定测试相结合的方法。该方法将结构演化与锂离子扩散动力学关联,首次对富锂锰基层状氧化物的首周不同电压状态进行研究。结合结构学参数与锂离子固相扩散系数的变化,我们可以看到在平台电压区域,锂离子的扩散动力严重不足,而此处也正是微结构中晶格变化较为严重的阶段,基于此,我们推测氧流失(Li2MnO3分解为Mn02的电荷补偿)、锂层中四面体空间的压缩以及镍离子的大量混排制约了锂离子的迁移能力。另外,根据镍离子在锂层中的混排程度结合锂离子固相扩散系数的变化,可以推测镍离子在晶格内部的价态以及占位会严重制约锂离子的传输过程。3)为了对富锂Li1.2Ni0.12Co0.15Mn0.53O2正极材料中微结构的转化提供一个更为深层的理解,我们把高分辨透射电子显微镜观测、X射线衍射表征与恒电流间歇滴定技术分别使用到材料的首次充电过程中。在对材料首次充电阶段不同状态的测试观察后发现,缺陷型立方尖晶石(defect spinel phase)基本上出现在晶格缺陷较为严重的区域,这一结果也得到了精修参数威廉森-霍尔型微观应力的佐证。在4.70V充电态下,经由颗粒边缘高分辨图像处理得到的反快速傅里叶转换图像示出在强力的挤压作用下晶面排列由03型结构向缺陷型尖晶石相的转变。而由锂离子与锰离子的四面体占位百分比以及相应状态下的锂离子扩散系数可以推断出在首周形成尖晶石相过程经历的两个重要中间结构:“锂-锰哑铃”构型与缺陷型尖晶石核单元。这部分实验结果,不仅揭示了尖晶石相与颗粒微观应力之间可能的内在联系,而且也提供一种可能抑制尖晶石构型形成的方法即加强对于材料颗粒表面边缘的保护。4)富镍型层状LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料可以在超过4.30 V电压下提供高达200mAh/g的放电比容量。然而,这种材料在高电压下出现了严重的容量衰减现象,为了研判这一退化的根本原因,我们建立了一种新型的三技术联用原位方法,即原位X射线衍射技术、恒电位间歇滴定技术与电化学交流阻抗谱学检测相结合的测试手段,对富镍型层状LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的首次充放电过程进行了详尽的研究。实验结果表明,在充电至高电压后(>4.50 V),LiNio.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的颗粒表面与体相内都形成了立方的NiMn2O4结构,这是一种锂离子的钝化结构,严重阻碍了锂离子从晶格脱出到表面的扩散过程。根据第一性原理计算的结果,在阳离子迁移能垒方向上,这种尖晶石构型的形成在高电压与微观应力的帮助下能有效地得到促进。同时,经由高分辨透射电子显微镜观测到的颗粒表面的腐蚀孔洞、微裂纹、层错与位错一起增加了锂离子运输的困难程度,而高电压下界面膜阻抗的降低也说明了此时界面稳定性的严重降低。在50周循环后,颗粒出现小角度晶界分离,说明晶体缺陷程度的增加,这会继续影响锂离子的动力学性能,并转化为容量损失。而在首周体相中出现的正方LiOH相会破坏材料的化学稳定性,危害系统的pH平衡。这部分的实验运用三技术联用原位表征富镍型层状LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的首次充放电过程的研究——结构变化、动力学以及界面稳定性。在详实的实验数据结合了态密度泛函理论计算的基础上,我们得以掌握材料内部微观结构转化的证据以及对于这种材料在高电压下容量衰减机理的新认识,这种新型的原位组合技术不仅可以允许我们从多维视角分析材料的电化学行为,也为后期抑制或者控制这种具有潜力的高电压层状材料的容量衰减提供深层理解与可能的实施方案。
刘金涛[4](2017)在《无焰燃烧合成LiAlxMn2-xO4及其电化学性能研究》文中研究表明尖晶石型LiMn2O4因其具有高安全性、高能量密度、高功率密度、锰资源丰富、低毒、环境友好等优点,成为了一种最具应用前景的锂离子电池正极材料。本论文在概述了锂离子电池的工作原理、正极材料的发展现状以及研究进展的基础上,针对尖晶石型LiMn2O4循环性能差,特别是在高温条件下,容量衰减很快的缺点,选取资源丰富、无毒、价格低廉、比过渡金属元素轻的Al金属元素,对尖晶石型LiMn2O4进行掺杂改性研究。采用液相无焰燃烧法合成了一系列Al掺杂尖晶石型LiAlxMn2-xO4(x≦0.20)锂离子电池正极材料以及Li,Al共掺杂尖晶石型Li1.05Al0.05Mn1.90O4锂离子电池正极材料,以期提高其循环性能和倍率性能,揭示液相无焰燃烧合成、Al掺杂以及Li、Al等摩尔共掺杂对其相组成、颗粒尺寸、结晶度、微观形貌的影响,以及在充放电过程中动力学过程的反应机理等。探讨了焙烧温度、焙烧时间对晶石型LiAlxMn2-x O4锂离子电池正极材料结构、形貌及其电化学性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能量散射光谱(EDS)、恒电流充放电性能测试、循环伏安(CV)以及电化学阻抗(EIS)等对制备产物的结构、物相组成、微观形貌、颗粒尺寸大小分布、颗粒生长方向、Mn的平均价态以及电化学性能进行了详细地研究。(1)所制备样品均属于立方尖晶石型LiMn2O4的Fd3m空间群,Al3+成功地进入了Li Mn2O4的晶格,部分取代了Mn3+的位置。随着Al掺杂量的增加,产物的晶格常数和晶胞体积都呈现降低的趋势。所制备的样品具有较高的结晶性,规则的八面体形貌。随着Al掺杂量的增加,颗粒八面体形貌的轮廓、晶界变得更加清晰,颗粒的尺寸分布变得更加均一,颗粒的团聚现象有所减弱,颗粒尺寸大小约为200-300 nm。(2)恒电流充放电性能测试表明,Al掺杂量为0.10的样品具有最佳的循环性能和容量保持率。在25℃、5 C倍率条件下,其首次放电比容量为112.2mAh·g-1,2000次循环之后的容量保持率为而57.3%;在25℃、10 C倍率条件下,其首次放电比容量为99.5 mAh·g-1,2000次循环之后的放电比容量为56.7mAh·g-1,容量保持率为而57.0%。在55℃、1 C倍率条件下,其首次放电比容量为112 mAh·g-1,500次循环之后的放电比容量为91.3 mAh·g-1,容量保持率为81.5%。CV和EIS测试表明,Al掺杂量为0.10的样品具有最佳的电化学可逆性和较快的电荷转移动力学过程。LiAl0.10Mn1.90O4样品的锂离子扩散系数高于未掺杂LiMn2O4的锂离子扩散系数,LiAl0.10Mn1.90O4样品的表观活化能Ea为23.1kJ·mol-1,明显低于未掺杂LiMn2O4的Ea值(32.5 kJ·mol-1)。(3)提高焙烧温度可以提高产物的电化学性能。焙烧温度为650℃时,制备的样品具有最优的电化学性能。在25℃、1 C倍率条件下,首次放电比容量为114.6 mAh?g-1,300次循环后的放电比容量为94.5 m Ah?g-1,容量保持率为82.5%。(4)延长焙烧时间可以提高产物的电化学性能。焙烧时间为9 h时,制备的样品具有最优的电化学性能。在25℃、1 C倍率条件下,首次放电比容量为121.9mAh·g-1,500次循环之后的放电比容量为79.8·mAh g-1。(5)在Al掺杂的基础上,合成了富锂Al掺杂尖晶石型Li1.05Al0.05Mn1.90O4锂离子电池正极材料,所制备的样品均为单相,过量的Li+和掺杂的Al3+成功进入了尖晶石Li Mn2O4的晶格,富锂Al掺杂后尖晶石LiMn2O4的晶格常数、晶胞体积都有所降低。富锂Al掺杂样品具有较高的结晶性、规则的八面体形貌、均一的颗粒尺寸分布。XPS分析结果表明,富锂Al掺杂提高了锰的平均氧化态,由未掺杂的Li Mn2O4的+3.51,提高到了+3.55。(6)恒电流充放电性能测试表明,富锂Al掺杂明显提高LiMn2O4循环的稳定性。在25℃、1 C倍率条件下其首次放电比容量为126.2 mAh·g-1,1000次循环后的容量保持率为82.9%,在25℃、5 C倍率条件下,Li1.05Al0.05Mn1.90O4在1000次循环后依然能呈现82.4%的容量保持率,而未掺杂的LiMn2O4样品在相同条件下的容量保持率仅为60.4%。此外,在55℃、1 C倍率条件下LiMn2O4的放电比容量从128.1 mAh·g-1衰减到了18.7 mAh·g-1,400次循环后的容量保持率仅为14.6%,而Li1.05Al0.05Mn1.90O4样品在相同条件下的容量保持率为73.9%。Li1.05Al0.05Mn1.90O4样品倍率性能较未掺杂的LiMn2O4的倍率性能更为优异。CV和EIS测试表明,Li1.05Al0.05Mn1.90O4具有更好的电极动力学过程,具体表现为:Li1.05Al0.05Mn1.90O4具有更好的电化学可逆性,较低的电荷转移阻抗和较高的Li+扩散系数,其表观活化能Ea值(19.10 kJ·mol-1)低于未掺杂LiMn2O4的Ea值(32.5kJ·mol-1)。
沙鸥[5](2012)在《锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备与改性研究》文中认为本论文主要对尖晶石型高压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备与改性以及层状正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备进行了系统研究,并初步探究了LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/Li4Ti5O12全电池的电化学性能。以NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O为镍源,采用球磨固相法在最佳工艺条件(800℃,20h)下得到了电化学性能较好的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料,其在1C倍率下的放电比容量为105.6mAh·g-1,循环100圈后的容量保持率为89.7%。通过优化的溶胶-凝胶法探究了低温退火处理对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的结构和电化学性能的影响。结果显示,低温退火处理降低了材料中Mn3+的含量,提高了产物的纯度和电化学性能,使其在1C倍率下的放电比容量达到125.0mAh·g-1,循环100圈后的容量保持率高达97.6%。成功制备了Cu2+掺杂的LiNi0.45Cu0.05Mn1.5O4正极材料,发现Cu2+掺杂能有效抑制电极极化,改善材料的高倍率和高温循环性能:在20C倍率下循环150圈后的放电比容量达到首次(114.2mAh·g-1)的95.7%,高温(55℃)且5C放电倍率下的容量仍有127.3mAh·g-1,循环100圈后容量仅衰减2.0%。首次报道了多元离子掺杂的LiNi0.475Al0.01Cr0.04Mn1.475O3.95F0.05正极材料,其在0.2C,1C,5C,10C,15C和20C倍率下的放电比容量分别可以达到136.6,134.0,129.0,119.9,104.5和86.4mAh·g-1,在高温(55℃)且1C和10C倍率下循环100圈后容量仅衰减0.3%和4.4%。多元离子掺杂提高了材料的电化学反应活性及循环可逆性,使其具有更加优异的大电流充放电性能。首次提出了采用廉价且无毒的尿素辅助溶胶-凝胶法制备LiNi0.5Mn1.5O4正极材料,所制备的材料在1C,3C和5C倍率下的放电比容量最高可达到132.1,123.3和113.0mAh·g-1。另外,在探究LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12全电池的电化学性能时发现,采用正极过量匹配的全电池在0.5C倍率下循环200圈后仍可达到98.7mAh·g-1,库伦效率均在99%左右,具有良好的循环寿命和循环可逆性。以LiOH·H2O和Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2为原料,采用高温固相法制备了性能较好的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,其与Li4Ti5O12负极材料相匹配组装的全电池(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/Li4Ti5O12)在0.2C,1C,5C和10C倍率下的首次放电比容量分别可达到147.3,139.2,119.6和86.0mAh·g-1,且在5C倍率下循环1000圈后的容量保持率仍有83.7%,具有优异的大电流充放电性能和循环寿命。
黄梅[6](2012)在《无焰燃烧合成锂离子电池正极材料LiMn2O4及其掺杂改性研究》文中研究表明本文概述了锂离子电池的发展、工作原理、正极材料的研究现状,重点介绍了尖晶石LiMn2O4的制备方法、容量衰减原因和改性研究。以此为基础,提出了一种新的合成方法——无焰燃烧合成法来制备尖晶石型LiMn2O4,研究了不同因素对材料结构、形貌和电性能的影响,并探讨了掺杂型LiMxMn2-xO4-yQy的不同掺杂离子、掺杂量对材料的影响。首先,利用锂、锰的硝酸盐和醋酸盐为原料,在500℃保温3h的条件下,改变不同的NO3-/Ac-摩尔比合成正极材料。当n(NO3-/Ac-)=1和3/2时,得到的产物非常蓬松,粒径均匀,为无焰燃烧合成的产物;n(NO3-/Ac-)<1时,不完全是无焰燃烧的产物;n(NO3-/Ac-)>3/2时,是有焰燃烧的产物。当n(NO3-/Ac-)=1,产物颗粒尺寸最大,为120-200nm。其混合原料在280℃就开始形成LiMn2O4,400℃以上可得到较纯的尖晶石型LiMn2O4。不同的NO3-/Ac-摩尔比合成的产物的主晶相均为尖晶石型LiMn2O4,当n(NO3-/Ac-)<7/3时,杂质为Mn3O4;当n(NO3-/Ac-)>7/3时,杂质为Mn2O3;当n(NO3-/Ac-)=3/7和7/3时,能合成纯相的尖晶石型LiMn2O4,此时产物有最大的初始比容量,在0.1C倍率下最高为115mAh·g-1,20次后容量保持率为85.7%。所以,无焰燃烧合成我们选择NO3-/Ac-摩尔比为1。然后分别考察了燃烧温度、保温时间、二次焙烧和Li/Mn摩尔比对其性能的影响。升高温度能提高样品的结晶性,但温度大于700℃则会分解产生杂质;延长保温时间对样品的微观形貌有一定的改善,结晶性变好,使比容量提高;但Mn-O的振动峰并不随温度、时间的改变而移动。在较低的温度(400-600℃)下,保温12小时可制备得到性能较好的产物,500℃保温12h比容量可达116.1mAh·g-1;而在较高的温度(700℃)下,保温9小时得到的产物性能较好,比容量为104.1mAh·g-1。对n(Li/Mn)=1/2,n(NO3-/Ac-)=1,500℃保温3h的样品在600℃进行二次焙烧,发现二次焙烧一定时间能提高产物的电化学性能,二次焙烧6h就可得到电性能较好的产物,为111.5mAh·g-1,比容量提高了13.7%,继续增加二次焙烧时间,对电性能的提高不大。所以,无焰燃烧的最佳条件为:500℃,12h,二次焙烧6h。在n(Li/Mn)=1/2,n(NO3-/Ac-)=1,在500℃保温3h的基础体系上制备了阳离子掺杂尖晶石型LiMxMn2-xO4(M=Li、Mg、Co、Cu、Ni、Al、Cr、Fe)以及阴离子掺杂尖晶石LiMn2O4-yQy(Q=F、Cl),确定了最佳掺杂量。掺杂后样品的晶格发生收缩,晶胞参数减小,微观形貌也得到了改善,比容量和循环性能得到提高,不同掺杂元素不同掺杂量对电性能的影响也不同。掺x(Mg)=0.02时,有最高的比容量138mAh·g-1,5C倍率下充放电比容量仍保持在100mAh·g-1。阴离子掺杂的样品晶格常数先减小后增大,少量掺杂(y≤0.1)能提高样品的比容量,但循环性能并没有得到改善。掺y(F)=0.02的样品有最高的放电比容量为135.5mAh·g-1,不适合大电流充放电。在此基础上,制备了复合掺杂尖晶石型LiMxMn2-xO4-yQy(M=Li、Mg、Al、Co、Ni; Q=F)。结果表明, Li和Al、Co和Ni共掺杂的样品,均比单离子掺杂的样品的比容量和循环性能好。Li1.08Al0.1Mn1.9O4样品的初始比容量最高,为114.7mAh·g-1,40次后容量保持率为81.9%; LiCo0.02Ni0.02Mn1.93O4和LiCo0.05Ni0.02Mn1.93O4的比容量最高,为107mAh·g-1,50次后容量保持率分别为77.7%和72.7%。而Mg和F共掺杂的样品,其循环性能较单离子掺杂的样品有微小的提升,但放电比容量却降低很多。LiMg0.02Mn1.98O3.98F0.02比容量最高,仅为111.2mAh·g-1,容量保持率为78.8%。
崔永丽[7](2011)在《锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备及其电极界面特性研究》文中研究指明本文在概述尖晶石LiMn2O4结构、物化性质及其存在问题和解决途径的基础上,系统、深入地研究了不同方法制备的LiMn2O4、不同元素及其不同含量掺杂改性产物LiMxMn2-xO4(M=Co、Ni、Al、Cr,x=0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 )、Al2O3表面包覆LiMn2O4和二维纳米石墨烯掺杂纳米LiMn2O4的电化学性能,重点探讨其电极过程动力学特征,并研究水系电解液中LiMn2O4正极及其LiTi2(PO4)3负极的电化学性能。主要研究结果如下:(1)不同制备方法影响尖晶石LiMn2O4的电化学性能。水热法制备的LiMn2O4具有相对好的电化学循环性能和高的比容量,其放电容量为114.36 mAhg-1,100周循环后容量衰减为99.78 mAhg-1,容量的保持率为86.28%,溶胶-凝胶法制备的LiMn2O4放电容量仅为98.67 mAhg-1,100周循环后容量衰减为60.25 mAhg-1,对应容量的保持率仅为61.06%。(2)详细研究了纯尖晶石LiMn2O4在不同电位和不同温度下的电化学阻抗谱。首次发现LiMn2O4 EIS(电化学阻抗谱,Electrochemical Impedance Spectroscopy)在中高频区出现一个新半圆。研究发现随着环境温度的变化,高频区的半圆和中高频区的半圆会产生分离或融合,这表明新出现的半圆的时间常数在一定温度下与高频区半圆的时间常数相当接近,因此首次提出中高频区的半圆归于尖晶石LiMn2O4电极材料的电子电导率;研究了温度对尖晶石LiMn2O4中锂离子嵌脱过程的影响,尖晶石LiMn2O4电极材料在1 mol/L LiPF6-EC:DEC电解液中,锂离子迁移通过SEI膜的离子跳跃能垒平均值为15.49 kJ/mol;电子电导率的热激活化能平均值为24.21 kJ/mol;嵌入反应活化能平均值为53.07 kJ/mol。(3)采用溶胶凝胶法制备了亚微米级的掺杂型LiMxMn2-xO4(M=Co、Ni、Al、Cr,x=0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 )尖晶石化合物,并详细考察了Co、Ni、Al、Cr掺杂LiMn2O4样品的结构、形貌、电化学性能和阻抗谱特征。研究表明随着掺杂金属离子含量的增大,掺杂电极材料的晶格缩小,结构更加稳定。不同掺杂元素Co、Ni、Al、Cr均能提高尖晶石LiMn2O4的电化学循环性能,但其比容量会产生一定程度降低,且掺杂元素的化学摩尔计量越高(0.2,0.3,0.4,0.5 ),尖晶石LiMn2O4的比容量下降越显着。其中LiNi0.2Mn1.8O4具有相对好的电化学性能,放电容量117.0 mAhg-1,循环110周后衰减为105mAhg-1,容量的保持率为93%,而LiCu0.05Mn1.95O4仅为93 mAhg-1,25周循环后,容量保持率为82%。高温(60℃)下电极材料的电化学性能明显下降,常温下LiCo0.1Mn1.9O4首次放电容量为111 mAhg-1,50次循环后容量的保持率为88.3%,而在60℃下LiCo0.1Mn1.9O4初始放电容量为108 mAhg-1,20周循环后,容量保持率仅为77.2%。1.5%Al2O3表面包覆LiMn)2O4和LiAl0.2Mn1.8O4的初始放电容量同为99.7 mAhg-1,50周循环后,容量保持率分别为87.4%和88.4%。EIS的等效电路分析结果表明:SEI(固体电解质界面膜, Solid Electrolyte Interphase)膜主要由电极和电解液接触过程中电极活性材料与电解液组分之间的自发反应形成,充放电过程对SEI膜的影响不大,活性材料的电子电阻Re总体上随电极电位升高而减小,锂离子脱嵌而产生的电荷传递电阻Rct随电极电位升高或降低表现为先减小后增大。(4)尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4高电位4.7V时电化学性能。在研究Ni掺杂的尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4电极材料不仅具有4V充放电平台而且具有4.7V高充放电电位平台,其在3.3-5.1V的CV(循环伏安,Cyclic Voltammetry)曲线上存在强弱两对氧化还原峰,分别对应于Ni2+/Ni4+和Mn3+/Mn4+的氧化还原反应;在4.1-5.0V充放电区间,LiNi0.5Mn1.5O4具有高达150mAhg-1的充电容量和149mAhg-1放电容量,0.4C倍率下经过42次循环后,其容量仍在110mAhg-1以上,充放电效率接近100%,电化学性能优异。LiNi0.5Mn1.5O4EIS从4.4 V起在极高频率区出现一小段圆弧,可归因于高电位下电解液的氧化分解,SEI膜阻抗在4.35 V以前几乎无变化,而后随电极电位的升高逐渐增大,这很可能与电解液氧化分解所引起的电极材料表面变质有关。(5)二维纳米石墨烯掺杂改性尖晶石LiMn2O4电化学性能。用还原氧化石墨法成功制备出的石墨烯材料呈薄片状,尺寸约在10<sub>20μm间,层数小于10层,用冷冻干燥法制备了石墨烯掺杂LiMn2O4改性材料。石墨烯能显着提高尖晶石LiMn2O4电极材料的比容量和循环性能。LiMn2O4电极材料掺杂前后的最大放电容量分别为96.44 mAhg-1和111.87 mAhg-1,100周循环后,容量衰减为71.67 mAhg-1和108.13 mAhg-1,对应容量的保持率分别为74.31%和96.66%。常温下石墨烯掺杂后的尖晶石LiMn2O4其EIS从高频区分离出与电极材料电导率有关的中高频区半圆,而中低频区的大圆弧则始终没有分离出与锂离子在固态电极中的扩散有关的Warburg阻抗,这与石墨烯超高的电导性有一定关系。在极化电位3.95V以前,在EIS中出现了一感抗,感抗的产生归因于半导体尖晶石LiMn2O4不均匀地分布在石墨烯膜表面,造成局域电导性差异而致,并提出了产生感抗的模型。(6)在水系电解液中LiMn2O4正极和LiTi2(PO4)3负极的电化学性能。在水系电解液中LiTi2(PO4)3的开路电压极不稳定,随贮存时间延长而不断升高,这是由于LiTi2(PO4)3和残留在水系电解液中的残余氧气发生化学反应所致,其CV(循环伏安)曲线在-0.674V/-0.864V处出现一对氧化还原峰,对应于LiTi2(PO4)3和Li3Ti2(PO4)3间的相变;首次研究了LiTi2(PO4)3负极在水系电解液中的EIS,发现EIS主要由高频区的小半圆和逐渐由中高频移向中低频的大半圆所组成,前者可归结于电极表面的SEI膜,后者与锂离子在LiTi2(PO4)3电极材料中的脱嵌而产生的电荷传递电阻有关。此外,研究还发现在进行电化学扫描循环之前,LiTi2(PO4)3负极表面已经被一层SEI原始膜覆盖,这与在有机电解液中锂离子电池负极表面的SEI膜形成相一致;即使在开路电位下水系电解液中也存在锂离子的脱嵌,这可得益于水体系优良的电导性;锂离子的脱嵌极大地影响LiTi2(PO4)3负极在水系电解液中SEI膜的稳定性。尖晶石LiMn2O4在水系电解液中的锂离子脱嵌仍然分两步进行,但其电极表面不存在SEI膜;无论是在贮存还是在充放电过程中,其电极均会受到电解液的不断腐蚀,导致电荷传递电阻随贮存时间的延长而不断增大,使锂离子脱嵌困难;在充电过程中电荷传递电阻随极化电位的升高先减小后增大。该论文有图96幅,表12个,参考文献177篇。
陈颖超[8](2011)在《高功率型尖晶石锰酸锂正极材料的制备及掺杂改性研究》文中研究表明作为兼具高能量密度、高功率密度和高工作电压等优点的新型环保二次电源,锂离子电池发展迅猛,已成为当前手机、数码相机和笔记本电脑等便携式电子设备的主流电源。然而,锂离子电池应用领域的不断拓展,特别是3G通讯技术、电动车和移动式储能设备的迅速发展,对其电源的性能,尤其是功率密度和工作电压,提出了越来越高的要求。当前,锂离子电池的功率密度和工作电压等性能主要受其正极材料性能的制约。为此,本论文选择具有三维锂离子扩散通道的尖晶石LiMn2O4体系作为研究对象,采用间苯二酚-甲醛溶胶凝胶法,对其进行了纳米化和掺杂改性,成功制备了纳米尖晶石LiMn2O4材料,以及掺杂改性的尖晶石LiNixMn2-xO4(0.4≤x≤0.55)和LiCr0.2Ni0.4Mn1.4O4材料,有效提高了正极材料的功率密度和工作电压,为进一步改善锂离子电池性能奠定了良好的基础。论文系统研究了间苯二酚-甲醛溶胶凝胶法制备条件对尖晶石LiMn2O4正极材料结构、组成和电性能的影响规律。通过凝胶预烧结和间苯二酚-甲醛配比优化,有效解决了材料的杂质相和团聚问题,制备了相纯度高、粒径均一和电性能优良的纳米尖晶石LiMn2O4正极材料。为解决纳米尖晶石LiMn2O4材料制备过程中的相纯度问题,论文对凝胶前躯体的热处理工艺进行了系统研究,发现对凝胶前驱体进行预烧结可以有效提高材料的相纯度,抑制杂质相的出现。在此基础上,采用两步法制备的尖晶石LiMn2O4正极材料比一步法材料的结晶性好、相纯度高、分散性和均一性好,具有更好的电化学性能。为解决纳米尖晶石LiMn2O4材料制备过程中的分散性和均一性问题,论文系统研究了间苯二酚和甲醛配比对合成材料形貌粒径的影响,发现R/L比5:1时所制备尖晶石LiMn2O4材料除了结晶性好和相纯度高外,具有疏松的多孔状结构,以及良好的分散性和均一性。为改善纳米尖晶石LiMn2O4材料的结晶性和控制材料的粒径,论文系统研究了二次烧结温度和时间对材料性质的影响,发现随着烧结温度升高和烧结时间延长,材料的结晶度提高,晶粒增大,锂元素和氧元素比例下降,锰元素平均价态降低,二次烧结温度为650℃,时间为10 h时材料的结晶性好、粒径较小且分布均一、电性能最好。通过系统优化得到的最佳制备条件为:间苯二酚-甲醛配比为R/L比5:1,采用两步烧结法,对凝胶前驱体进行360℃预烧结,然后在650℃下二次烧结10 h。上述最佳条件制备的纳米尖晶石LiMn2O4材料,晶格常数为8.2386 (A|。),晶粒平均粒径为47 nm,其化学组成为Li0.993Mn1.997O4,0.2 C下材料的首次放电比容量和库仑效率分别为137 mAh/g和96.3%,循环100次后其容量保持率为85%,其中首次放电比容量高于文献报道值。论文首次系统研究了尖晶石LiMn2O4正极材料高倍率性能(20 C以上)与制备条件的关系,获得了优化的制备条件。探讨了尖晶石LiMn2O4材料晶格常数和晶粒尺寸与其高倍率下容量保持率、电压保持率和能量密度的相互关系,为发展高功率正极材料提供了良好的理论指导。通过系统研究间苯二酚-甲醛溶胶凝胶法制备工艺对纳米尖晶石LiMn2O4正极材料高倍率性能的影响发现,烧结温度是影响该材料高倍率性能的主要因素,烧结时间和原料配比的影响次之。高倍率下尖晶石LiMn2O4材料的容量保持率、电压保持率、能量密度和功率密度随着烧结温度的升高而呈先增加后降低的变化规律,最佳烧结温度和时间分别为650℃和10 h,最佳原料配比为R/L比5:1,上述条件所合成材料的高倍率性能最优,40 C下的容量保持率和电压保持率分别为87%和94%,30 kW/kg下的能量密度高达400 Wh/kg。为探讨尖晶石LiMn2O4材料结构与其高倍率性能的相关联系,论文首次系统研究了尖晶石LiMn2O4材料的晶格常数对其锂离子扩散系数和高倍率性能的影响。研究发现材料的锂离子扩散系数随其晶格常数增大呈先增加后减小的变化规律,当晶格常数在8.2358.245 (A|。)区间时,材料具有较高的锂离子扩散系数。研究还发现随着放电倍率增加,材料晶格常数对其高倍率下容量和电压保持率的影响不断增大,晶格常数介于8.2368.240 (A|。)之间的尖晶石LiMn2O4材料在高倍率下具有较高的容量和电压保持率。为探讨尖晶石LiMn2O4材料晶粒尺寸与其高倍率性能的相关联系,论文系统研究了尖晶石LiMn2O4材料的晶粒尺寸对其高倍率性能的影响。发现材料晶粒尺寸对其在20 C倍率下的电性能影响较小;放电倍率高于20 C时,材料晶粒尺寸对其电性能影响明显增大,而且随着放电倍率增加,晶粒尺寸的影响不断增大,晶粒尺寸在3550 nm之间的材料在高倍率下具有较高的容量和电压保持率。论文系统研究了间苯二酚-甲醛溶胶凝胶法掺杂工艺对尖晶石LiNixMn2-xO4材料组成、结构和电性能的影响,揭示了掺杂工艺条件对其电压特性的影响规律;制备出电压平台高、高倍率性能和循环性能优良的尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料。鉴于Cr3+/Cr4+更高的氧化电位和Cr-O键更强的结构稳定特性,论文首次采用间苯二酚-甲醛溶胶凝胶法,探索了镍铬二元掺杂对尖晶石LiMn2O4材料性能的影响,制备出工作电压更高和循环性能更优的尖晶石LiCr0.2Ni0.4Mn1.4O4材料。为探讨间苯二酚-甲醛溶胶凝胶法制备过程对尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料结构、组成和电性能,特别是电压特性的影响规律,论文系统研究了二次烧结温度对材料性质的影响。发现在不同烧结温度下所合成尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4正极材料具有两种不同的结构,其中烧结温度为650℃时出现了有序结构尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,但该结构材料的电性能,特别是高倍率性能较差;随着烧结温度升高,材料由有序结构转变为无序结构,晶格常数增加,粒径增大,4 V区电压平台不断增加,首次放电比容量和高倍率性能先增高后降低。通过系统优化分析可知,掺杂改性对材料的容量影响较小,烧结温度为750℃时材料的电性能最好,其首次放电比容量(134 mAh/g)与未掺杂的尖晶石LiMn2O4材料接近(137 mAh/g),但0.2 C倍率下的放电中值电压(4.60 V)明显高于后者(4.02 V),循环100次后的容量保持率(93%)明显高于后者(84%),40 C下其放电中值电压(4.27 V)明显高于后者(3.70 V),功率密度40 kW/kg下其能量密度(380 Wh/kg)明显高于尖晶石LiMn2O4材料(320 Wh/kg)。通过进一步探讨镍掺杂比例对尖晶石LiNixMn2-xO4(0.4≤x≤0.55)材料性能的影响规律,论文研究发现镍掺杂比例对材料的结构、组成和电性能,特别是电压平台特性存在显着影响,随着镍掺杂比例提高,尖晶石LiNixMn2-xO4材料的晶格常数不断减小,锰元素平均价态升高,材料的4 V区平台比例明显减小,电化学性能呈先提高后降低的趋势,其中镍掺杂比例为LiNi0.5Mn1.5O4时材料具有最优电化学性能。为进一步提高正极材料的工作电压和循环性能,论文首次采用间苯二酚-甲醛溶胶凝胶法对尖晶石LiMn2O4进行了镍铬二元掺杂,成功制备了具有优良性能的尖晶石LiCr0.2Ni0.4Mn1.4O4正极材料。该材料结晶性好、相纯度高、分布均一;由于Cr3+/Cr4+更高的氧化电位和Cr-O键更强的结构稳定特性,尖晶石LiCr0.2Ni0.4Mn1.4O4材料在4.8 V存在更高的电压平台,0.2 C下的放电中值电压(4.65 V)高于尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4材料(4.60 V),循环100次后其容量保持率(95%)高于尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4材料(93%),因而该材料具有良好的研究和应用前景。
蒋蓉蓉[9](2007)在《阴阳离子掺杂的锂离子电池LiMn2O4系列正极材料的低热固相配位法制备及其性能表征》文中研究指明尖晶石型LiMn2O4具有无毒、能量密度高等优点,是下一代锂离子电池最有前途的正极材料之一。本文针对高温固相法制备尖晶石LiMn2O4的制备时间长,电化学性能差,溶胶凝胶法制备工序多,原料消耗大,成本高等缺点,采用低热固相配位法制备了LiMn2O4系列正极材料。该法具备高温固相所不具有的合成温度低,反应时间短等优点。同时针对尖晶石型LiMn2O4在充放电循环过程中,由于锰的溶解、电解液分解以及Jahn-Teller效应等原因,其容量衰减较快的缺点,本文用阳离子(Li,Cr,Al)代替小部分的Mn3+,提高材料的结构稳定性,从而提高其循环性能,通过卤素(F,Cl,Br)的掺杂来提高材料的初始容量。内容主要包括三个部分:Li和F掺杂的研究、Cl和Al (Cr)掺杂的研究以及Br和Al (Cr)掺杂的研究。(1)采用低热固相配位法制备了Li1+xMn2O4-yFy (x=0, 0.05, 0.1; y=0, 0.05, 0.1)系列正极材料。利用X射线衍射对所制备材料进行了物相表征;透射电镜进行了形貌分析;并对该系列材料进行了电化学性能测试。结果表明:该方法合成的材料均为纯尖晶石LiMn2O4相;样品是由形状均一的直径为30-50 nm的超细粒子组成;电化学测试结果说明Li和F掺杂能改善材料的结构稳定性,提高电池的首次放电容量,使材料的电化学性能得到提高。以电流密度0.3mA/cm2,3.0-4.35 V电压范围内充放电,Li1.05Mn2O3.95F0.05样品的首次放电容量为128 mAh/g,循环100圈后仍为112 mAh/g,容量保持率为87.5%。在3.0-4.8V电压范围内循环时样品的首次放电容量为129 mAh/g,循环100圈后仍为106 mAh/g,容量保持率为82.3%。(2)采用低热固相配位法制备了LiMexMn2-xO4-yCly (Me = Al,Cr) (x=0,0.05,0.10,0.15; y=0,0.05,0.10)系列正极材料。测试结果表明所制备的样品均为尖晶石结构,没有发现其它杂相;由透射电镜可见样品具有均匀的粒径分布。Cl掺杂材料的初始容量提高而循环容量损失较大。由于Cr-O和Al-O的键能比Mn-O的键能大,在充放电过程中,可维持结构的稳定性。因此阴阳离子共掺可获得具有良好电化学性能的样品。LiAl0.05Mn1.95O3.90Cl0.10初始放电容量为117 mAh/g,50周循环后容量衰减为95 mAh/g。LiCr0.05Mn1.95O3.90Cl0.10初始放电容量为120 mAh/g,50周循环后容量衰减为83 mAh/g。(3)采用低热固相配位法制备了LiMexMn2-xO4-yBry (Me = Al, Cr) (x=0, 0.05, 0.10, 0.15; y=0, 0.05, 0.10)系列正极材料。Br掺杂也同样提高LiMn2O4样品的初始容量,为了改善样品的循环性能,以Al (Cr )与Br进行阴阳离子共掺杂,得到了具有较高初始容量和良好循环性能的材料。LiMn1.95Al0.05O3.95Br0.05初始放电容量为127 mAh/g,100周循环后容量衰减为97 mAh/g,容量保持率为76%;LiMn1.95Cr0.05O3.95Br0.05初始放电容量为124 mAh/g,100周循环后容量衰减为105 mAh/g,容量保持率为85%。
牛少军[10](2007)在《锂离子电池锰基正极材料的研究》文中指出随着电子设备的快速发展以及能源与环境问题的日益突出,人们对化学电源提出了更高的要求。锂离子电池以其高电压、比能量大、循环寿命长和无污染等优点而得到广泛的应用。具有高插入电位的过渡金属氧化物常用作锂离子电池的正极材料,目前研究较多的是层状结构的LiCoO2、LiNiO2以及尖晶石结构的LiMn2O4。其中尖晶石LiMn2O4以其高电压、高安全性、低成本、易回收、对环境友好等优点而被人们公认为最具应用前景的锂离子电池正极材料之一。本文在传统固相法的基础上,采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石LiMn2O4正极材料,并采用离子掺杂和表面包覆对其进行改性研究。此外,在此基础上用高温固相法合成了5V正极材料LiNi0.5Mn1.5O4和1.5V的负极材料Li4Ti5O12,并成功组装成新型的电池体系Li4Ti5O12/LiNi0.5Mn1.5O4。采用XRD、SEM、恒电流充放电、循环伏安、电化学阻抗等检测手段和电化学分析方法相结合,对材料的结构、形貌以及电池性能进行了分析研究。实验结果表明:掺杂的Cr、Ni、Co、Mg阳离子半径与Mn3+的半径相近,掺杂后容易形成固溶体。随着掺杂量的增加材料的初始放电比容量降低,但却提高了尖晶石结构的稳定性和循环性能。结合各单元素掺杂的优点,本文进行了二元及多元掺杂。F的掺杂使Mn的平均氧化态降低,提高了材料的容量,但加剧了Jahn-Teller效应和Mn的溶解。导致材料的循环性能变差。F-Co-Cr阴阳离子复合掺杂可以保证材料既有较高的可逆容量又具有较好的循环性能。其中LiCo0.025Cr0.025Mn1.95F0.05O3.95的综合性能最好,55℃下首次放电比容量为117.1mAh·g-1,30次充放电循环后容量衰减率仅为11.78%。采用溶胶-凝胶法对基体材料进行LiCoO2表面包覆,得到的晶体颗粒棱角更加圆滑,提高了材料的抗电解液溶蚀能力,减缓了Mn的溶解损失。其中,材料5%LiCoO2-LiCr0.05Mn1.95O4的电化学性能优越,首次放电比容量为122.3mAh·g-1,50次循环后仍保持在112.4mAh·g-1以上。此外,对新型的电池体系Li4Ti5O12/LiNi0.5Mn1.5O4进行测试分析发现:正负极材料都呈现尖晶石结构,电池体系的首次放电比容量124.31mAh·g-1,循环50次后,容量保持率为93.32%,与C/LiMn2O4电池体系相比提高10%左右,说明Li4Ti5O12/LiNi0.5Mn1.5O4电池体系的充放电和循环性能都比较理想。
二、尖晶石型正极材料LiCr_xMn_(2-x)O_4的电化学特性(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、尖晶石型正极材料LiCr_xMn_(2-x)O_4的电化学特性(论文提纲范文)
(1)熔盐法合成锂离子电池高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4及其性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池简述 |
1.2.1 锂离子电池的发展历程 |
1.2.2 锂离子电池的基本组成和工作原理 |
1.2.3 锂离子电池的主要特点 |
1.3 锂离子电池正极材料三大类型 |
1.3.1 层状化合物 |
1.3.2 橄榄石型或NASCION型磷酸盐系化合物 |
1.3.3 锰系尖晶石型化合物 |
1.4 尖晶石型LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料 |
1.4.1 基本结构 |
1.4.2 制备方法 |
1.4.3 衰减机制及改性研究 |
1.5 本文主要研究意义、目标及内容 |
1.5.1 本文研究意义 |
1.5.2 本文研究目标 |
1.5.3 本文研究内容 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验试剂和仪器设备 |
2.2 材料合成 |
2.2.1 不同熔盐环境合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 |
2.2.2 不同烧结温度合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 |
2.2.3 不同烧结温度和Li过量度合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 |
2.2.4 不同颗粒尺寸LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的合成 |
2.2.5 不同添加剂含量LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的合成 |
2.3 材料表征仪器 |
2.3.1 热重-差示扫描量热分析仪(TG-DSC) |
2.3.2 X射线衍射(XRD) |
2.3.3 扫描电子显微镜(SEM) |
2.3.4 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES) |
2.3.5 激光拉曼光谱(Raman) |
2.3.6 X射线光电子能谱(XPS) |
2.3.7 同步辐射吸收光谱 |
2.4 电池的制作 |
2.4.1 正极极片的制作 |
2.4.2 电池的组装 |
2.5 材料的电化学测试 |
第三章 原位熔盐法合成尖晶石型LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料 |
3.1 引言 |
3.2 不同熔盐环境LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的合成研究 |
3.2.1 不同熔盐环境的三种前驱体的热力学分析 |
3.2.2 不同熔盐环境合成材料的物相结构分析 |
3.2.3 不同熔盐环境合成材料的电化学性能分析 |
3.3 不同烧结温度和Li过量度LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的合成研究.. |
3.3.1 不同烧结温度合成的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 |
3.3.2 不同烧结温度和Li过量度合成的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4. |
3.4 本章小结 |
第四章 尖晶石型LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的结构和性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 不同Li过量度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4结构和性能的影响 |
4.2.1 元素含量分析 |
4.2.2 物相结构分析 |
4.2.3 Mn元素价态分析 |
4.2.4 同步辐射分析 |
4.2.5 微观形貌及电化学性能分析 |
4.3 颗粒尺寸和添加剂对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响 |
4.3.1 颗粒尺寸对LiNi0._5Mn_(1.5)O_4性能的影响 |
4.3.2 添加剂对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4性能的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 创新点 |
5.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录:发表论文、参与基金项目及奖励 |
(2)热电池用猛酸锂正极的掺杂改性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 热电池概述 |
1.3 热电池正极材料概述 |
1.4 氧化物正极材料概述 |
1.4.1 钨的氧化物 |
1.4.2 铬的氧化物 |
1.4.3 钒的氧化物 |
1.4.4 锰的氧化物 |
1.5 论文研究意义 |
1.6 论文研究内容 |
第二章 实验方法 |
2.1 实验药品 |
2.2 实验仪器与设备 |
2.3 电极材料的表征与测试 |
2.3.1 物相结构分析 |
2.3.2 热分析 |
2.3.3 微观形貌分析 |
2.3.4 元素价态分析 |
2.3.5 恒流放电测试 |
2.4 电极制备与单体电池组装 |
2.4.1 电解质 |
2.4.2 负极材料 |
2.4.3 正极材料 |
2.4.4 单体电池组装与测试 |
第三章 锰酸锂放电性能及其铬掺杂改性研究 |
3.1 引言 |
3.2实验 |
3.3 掺杂Cr对锰酸锂高温放电性能影响 |
3.3.1 热分析 |
3.3.2 XRD分析 |
3.3.3 XPS分析 |
3.3.4 组分含量分析 |
3.3.5 微观形貌分析 |
3.4 电化学性能 |
3.4.1 Cr掺杂量对电池放电性能影响 |
3.4.2 温度对电池放电性能影响 |
3.4.3 电流密度对电池放电性能影响 |
3.4.4 反应机制 |
3.5 本章小结 |
第四章 Cr-F共掺杂锰酸锂及其放电性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验 |
4.3 Cr-F共掺杂对锰酸锂高温放电性能影响 |
4.3.1 热分析 |
4.3.2 XRD分析 |
4.3.3 XPS分析 |
4.3.4 微观形貌分析 |
4.4 电化学性能 |
4.4.1 F掺杂量对电池放电性能影响 |
4.4.2 温度对电池放电性能影响 |
4.4.3 反应机制 |
4.5 本章小结 |
第五章 Cr-Ni共掺杂锰酸锂及其放电性能研究 |
5.1 引言 |
5.2实验 |
5.3 Cr-Ni共掺杂对锰酸锂高温放电性能影响 |
5.3.1 XRD分析 |
5.3.2 SEM分析 |
5.3.3 热分析 |
5.4 电化学性能 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
致谢 |
(3)锂离子电池高比容量层状金属氧化物的制备、性能与原位XRD研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池概述 |
1.2.1 锂离子电池的工作原理 |
1.2.2 锂离子电池的特点 |
1.2.3 锂离子电池的组成 |
1.3 锂离子电池正极材料的研究进展 |
1.3.1 LiMPO_4(M=Fe, Co, Ni, Mn)型聚阴离子材料 |
1.3.1.1 LiFePO_4 |
1.3.1.2 LiMnPO_4 |
1.3.1.3 LiCoPO_4 |
1.3.2 AB_2O_4尖晶石型材料 |
1.3.3 层状金属氧化物(LiMO_2)材料 |
1.3.3.1 LiCoO_2 |
1.3.3.2 LiNiO_2 |
1.3.3.3 LiMn_2 |
1.3.3.4 LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2 |
1.3.4 LiCo_xNi_yMn_zO_2 (x+y+z=1) |
1.3.4.1 LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2 |
1.3.4.2 富镍层状正极氧化物 |
1.3.5 xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2 (M=Ni,Co,Mn,Fe,Cr et al) |
1.4 本论文的研究目的与设想 |
参考文献 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验原料和主要仪器 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 材料制备 |
2.2.1 活性材料制备 |
2.2.2 电极片的制备 |
2.3 电池的组装 |
2.4 实验的表征手段 |
2.4.1 材料的结构与形貌测试技术 |
2.4.2 材料的电化学性能测试 |
参考文献 |
第三章 富锂锰基层状Li_(1.23)Ni_(0.09)Co_(0.12)Mn_(0.56)O_2正极材料的简易合成与首次充放电下局部结构转变的原位XRD探究 |
3.1 引言 |
3.2 溶液蒸发法制备Li_(1.23)Ni_(0.09)Co_(0.12)Mn_(0.56)O_2 |
3.3 Li_(1.23)Ni_(0.09)Co_(0.12)Mn_(0.56)O_2材料的结构与形貌分析 |
3.4 Li_(1.23)Ni_(0.09)Co_(0.12)Mn_(0.56)O_2正极材料的电化学性能 |
3.6 Li_(1.23)Ni_(0.09)Co_(0.12)Mn_(0.56)O_2充放电过程的原位XRD和非原位TEM分析 |
3.6.1 新相β-MnO_2生成及其转变 |
3.6.2 主要衍射峰的变化 |
3.6.3 晶胞参数和层状特征指标的变化 |
3.7 本章小结 |
参考文献 |
第四章 多电位阶跃与原位XRD联用技术对富锂锰基层状Li_(1.22)Ni_(0.10)Co_(0.13)Mn_(0.55)O_2正极的动力学与结构变化研究 |
4.1 引言 |
4.2 水溶蒸发法制备Li_(1.22)Ni_(0.10)Co_(0.13)Mn_(0.55)O_2正极材料 |
4.3 多电位阶跃-原位XRD实验设计 |
4.4 Li_(1.22)Ni_(0.10)Co_(0.13)Mn_(0.55)O_2的结构表征 |
4.5 Li_(1.22)Ni_(0.10)Co_(0.13)Mn_(0.55)O_2的电化学性能 |
4.6 多电位阶跃-原位XRD分析 |
4.7 本章小结 |
参考文献 |
第五章 富锂锰基层状氧化物在首次充电过程中在原子尺度上关于结构演化的新认识 |
5.1 引言 |
5.2 Li_(1.2)Ni_(0.12)Co_(0.15)Mn_(0.53)O_2的制备与合成 |
5.3 Li_(1.2)Ni_(0.12)Co_(0.15)Mn_(0.53)O_2的结构与电化学性能表征 |
5.5 X射线衍射分析 |
5.6 恒电流间歇滴定法 |
5.7 本章小结 |
参考文献 |
第六章 多技术联用原位研究层状正极材料LINI_(0.5)CO_(0.2)MN_(0.3)O_2过充下性能的衰减机理 |
6.1 引言 |
6.2 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的合成与制备 |
6.3 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的原位XRD-PITT-EIS测试 |
6.4 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的第一性原理计算 |
6.5 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的结构和电化学性能 |
6.6 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2正极材料的原位X射线衍射分析 |
6.7 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的相转变态密度泛函分析 |
6.8 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2充放电状态的恒电位间歇滴定分析 |
6.9 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2充放电过程的原位电化学阻抗分析 |
6.10 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2充放电状态的非原位透射电子显微镜分析 |
6.11 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2多周循环的透射电子显微镜分析 |
6.12 本章小结 |
参考文献 |
第七章 结论与建议 |
7.1 结论 |
7.2 建议 |
作者攻读博士期间发表的论文和获得的奖项 |
致谢 |
(4)无焰燃烧合成LiAlxMn2-xO4及其电化学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池概述 |
1.3 锂离子电池正极材料的发展状况 |
1.3.1 层状LiCoO_2正极材料 |
1.3.2 层状LiNiO_2正极材料 |
1.3.3 层状LiMnO_2正极材料 |
1.3.4 橄榄石型LiFePO_4正极材料 |
1.3.5 尖晶石型LiMn_2O_4正极材料 |
1.3.6 富锂锰基正极材料 |
1.3.7 其他正极材料 |
1.4 尖晶石型LiMn_2O_4正极材料的研究现状 |
1.4.1 LiMn_2O_4正极材料的合成方法 |
1.4.2 LiMn_2O_4正极材料的容量衰减机理 |
1.4.3 LiMn_2O_4正极材料的改性研究 |
1.4.3.1 体相掺杂 |
1.4.3.2 表面包覆(修饰) |
1.4.3.3 形貌控制 |
1.4.3.4 电解液的优化 |
1.4.3.5 功能隔膜的应用 |
1.4.3.6 粘胶剂的优化 |
1.5 本论文研究的意义、内容和创新点 |
1.5.1 研究意义 |
1.5.2 研究内容 |
1.5.3 本论文的创新点 |
第2章 实验方法 |
2.1 实验仪器与试剂 |
2.2 尖晶石型LiAl_xMn_(2-x)O_4的制备 |
2.3 材料的表征 |
2.3.1 X射线衍射(XRD)分析 |
2.3.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析 |
2.3.3 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析 |
2.3.4 透射电子显微镜(TEM)分析 |
2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)分析 |
2.4 材料的电化学性能测试 |
2.4.1 正极片的制作 |
2.4.2 电池的组装 |
2.4.3 充放电性能测试 |
2.4.4 循环伏安(CV)测试 |
2.4.5 电化学阻抗(EIS)测试 |
第3章 无焰燃烧合成LiAl_xMn_(2-x)O_4及其电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 不同Al掺杂量LiAl_xMn_(2-x)O_4(x≦0.20)的制备及电化学性能 |
3.2.1 不同Al掺杂量LiAl_xMn_(2-x)O_4(x≦0.20)的制备 |
3.2.2 X射线衍射(XRD)分析 |
3.2.3 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析 |
3.2.4 场发射扫描电镜分析(FE-SEM)分析 |
3.2.5 透射电镜(TEM)分析 |
3.2.6 能量散射光谱(EDS)分析 |
3.2.7 X射线光电子能谱(XPS)分析 |
3.2.8 循环性能 |
3.2.9 倍率性能 |
3.2.10 循环伏安(CV)分析 |
3.2.11 电化学阻抗(EIS)分析 |
3.3 焙烧温度对LiAl_xMn_(2-x)O_4正极材料结构及电化学性能的影响 |
3.3.1 不同焙烧温度制备LiAl_xMn_(2-x)O_4正极材料 |
3.3.2 X射线衍射(XRD)分析 |
3.3.3 场发射扫描电镜(FE-SEM)分析 |
3.3.4 循环性能 |
3.3.5 倍率性能 |
3.3.6 循环伏安(CV)分析 |
3.3.7 电化学阻抗(EIS)分析 |
3.4 焙烧时间对LiAl_xMn_(2-x)O_4正极材料结构及电化学性能的影响 |
3.4.1 不同焙烧时间制备LiAl_xMn_(2-x)O_4正极材料 |
3.4.2 X射线衍射(XRD)分析 |
3.4.3 场发射扫描电镜(FE-SEM)分析 |
3.4.4 循环性能 |
3.4.5 倍率性能 |
3.4.6 循环伏安(CV)分析 |
3.4.7 电化学阻抗(EIS)分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 无焰燃烧合成Li_(1.05)Al_(0.05)Mn_(1.90)O_4及电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 Li_(1.05)Al_(0.05)Mn_(1.90)O_4正极材料的制备 |
4.3 结构及微观形貌分析 |
4.3.1 X射线衍射(XRD)分析 |
4.3.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析 |
4.3.3 微观形貌分析 |
4.3.4 能量散射光谱(EDS)分析 |
4.3.5 X射线光电子能谱(XPS)分析 |
4.4 电化学性能 |
4.4.1 循环性能 |
4.4.2 倍率性能 |
4.5 Li,Al共掺杂作用机理分析 |
4.5.1 循环伏安(CV)分析 |
4.5.2 电化学阻抗(EIS)分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表的文章及获奖情况 |
致谢 |
(5)锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备与改性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池概述 |
1.2.1 锂离子电池的发展背景 |
1.2.2 锂离子电池的特点 |
1.2.3 锂离子电池的组成 |
1.2.4 锂离子电池的工作原理 |
1.3 锂离子电池正极材料概述 |
1.3.1 层状钴酸锂正极材料 |
1.3.2 层状镍酸锂正极材料 |
1.3.3 层状锰酸锂正极材料 |
1.3.4 层状镍钴锰正极材料 |
1.3.5 磷酸盐系列正极材料 |
1.3.6 尖晶石型锰酸锂正极材料 |
1.4 高压正极材料镍锰酸锂 |
1.4.1 镍锰酸锂的结构 |
1.4.2 镍锰酸锂的合成方法 |
1.4.3 镍锰酸锂的容量衰减因素及改性研究 |
1.5 本文的选题背景和研究内容 |
第二章 球磨固相法制备尖晶石型 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验原料 |
2.2.2 实验设备 |
2.2.3 实验方法 |
2.3 材料的物相表征 |
2.3.1 混合原料的热重分析 |
2.3.2 X 射线衍射分析 |
2.3.3 场发射扫描电子显微镜分析 |
2.4 材料的电化学性能测试 |
2.4.1 电极极片的制备 |
2.4.2 电池的组装 |
2.4.3 电池的充放电性能测试 |
2.4.4 电池的循环伏安测试 |
2.5 实验结果与讨论 |
2.5.1 球磨混合物的 TG-DTA 分析 |
2.5.2 烧结温度对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料结构和形貌的影响 |
2.5.3 烧结温度对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料电化学性能的影响 |
2.5.4 烧结时间对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料结构和形貌的影响 |
2.5.5 烧结时间对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料电化学性能的影响 |
2.6 本章小结 |
第三章 溶胶-凝胶法制备尖晶石型 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验原料 |
3.2.2 实验设备 |
3.2.3 实验方法 |
3.3 材料的物相表征 |
3.3.1 凝胶前驱体的热重分析 |
3.3.2 X 射线衍射分析 |
3.3.3 场发射扫描电子显微镜分析 |
3.3.4 红外光谱分析 |
3.4 材料的电化学性能测试 |
3.4.1 电极极片的制备 |
3.4.2 电池的组装 |
3.4.3 电池的充放电性能测试 |
3.4.4 电池的循环伏安测试 |
3.5 实验结果与讨论 |
3.5.1 凝胶前驱体的 TG-DTA 分析 |
3.5.2 pH 值对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料结构和形貌的影响 |
3.5.3 pH 值对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料电化学性能的影响 |
3.5.4 烧结温度对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料结构和形貌的影响 |
3.5.5 烧结温度对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料电化学性能的影响 |
3.5.6 烧结时间对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料结构和形貌的影响 |
3.5.7 烧结时间对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料电化学性能的影响 |
3.5.8 低温退火处理对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料结构和形貌的影响 |
3.5.9 低温退火处理对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料电化学性能的影响 |
3.5.10 固相法和液相法制备尖晶石型 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的比较 |
3.6 本章小结 |
第四章 Cu2+掺杂对尖晶石型 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的改性研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验原料 |
4.2.2 实验设备 |
4.2.3 实验方法 |
4.3 材料的物相表征 |
4.3.1 X 射线衍射分析 |
4.3.2 场发射扫描电子显微镜分析 |
4.3.3 红外光谱分析 |
4.4 材料的电化学性能测试 |
4.4.1 电极极片的制备 |
4.4.2 电池的组装 |
4.4.3 电池的充放电性能测试 |
4.4.4 电池的循环伏安测试 |
4.4.5 电池的交流阻抗测试 |
4.5 实验结果与讨论 |
4.5.1 Cu2+掺杂对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料结构和形貌的影响 |
4.5.2 Cu2+掺杂对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料电化学性能的影响 |
4.6 本章小结 |
第五章 多元离子(Al,Cr 和 F)掺杂对尖晶石型 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的改性研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 实验原料 |
5.2.2 实验设备 |
5.2.3 实验方法 |
5.3 材料的物相表征 |
5.3.1 X 射线衍射分析 |
5.3.2 场发射扫描电子显微镜分析 |
5.3.3 红外光谱分析 |
5.4 材料的电化学性能测试 |
5.4.1 电极极片的制备 |
5.4.2 电池的组装 |
5.4.3 电池的充放电性能测试 |
5.4.4 电池的循环伏安测试 |
5.4.5 电池的交流阻抗测试 |
5.5 实验结果与讨论 |
5.5.1 多元离子掺杂对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料结构和形貌的影响 |
5.5.2 多元离子掺杂对 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料电化学性能的影响 |
5.6 本章小结 |
第六章 尿素辅助溶胶-凝胶法制备LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料及LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池的初步探究 |
6.1 引言 |
6.2 实验部分 |
6.2.1 实验原料 |
6.2.2 实验设备 |
6.2.3 实验方法 |
6.3 材料的物相表征 |
6.3.1 X 射线衍射分析 |
6.3.2 场发射扫描电子显微镜分析 |
6.3.3 红外光谱分析 |
6.4 材料的电化学性能测试 |
6.4.1 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4极片的制备 |
6.4.2 Li4Ti5O12极片的制备 |
6.4.3 半电池的组装 |
6.4.4 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)全电池的组装 |
6.4.5 电池的充放电性能测试 |
6.4.6 电池的循环伏安测试 |
6.4.7 电池的交流阻抗测试 |
6.5 实验结果与讨论 |
6.5.1 不同螯合剂制备的 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的结构和形貌分析 |
6.5.2 不同螯合剂制备的 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的电化学性能分析 |
6.5.3 尿素制备 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的凝胶前驱体的红外光谱分析 |
6.5.4 尿素制备 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的高温和高倍率循环性能分析 |
6.5.5 尿素制备 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料的循环伏安分析 |
6.5.6 全电池 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4/Li_4Ti_5O_(12)的初步探究 |
6.6 本章小结 |
第七章 高温固相法制备层状 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料及 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2/Li_4Ti_5O_(12)全电池的初步探究 |
7.1 引言 |
7.2 实验部分 |
7.2.1 实验原料 |
7.2.2 实验设备 |
7.2.3 实验方法 |
7.3 材料的物相表征 |
7.3.1 X 射线衍射分析 |
7.3.2 场发射扫描电子显微镜分析 |
7.4 材料的电化学性能测试 |
7.4.1 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2极片的制备 |
7.4.2 Li_4Ti_5O_(12)极片的制备 |
7.4.3 半电池的组装 |
7.4.4 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2/Li_4Ti_5O_(12)全电池的组装 |
7.4.5 电池的充放电性能测试 |
7.4.6 电池的循环伏安测试 |
7.4.7 电池的交流阻抗测试 |
7.5 实验结果与讨论 |
7.5.1 烧结温度对 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料结构和形貌的影响 |
7.5.2 烧结温度对 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料电化学性能的影响 |
7.5.3 烧结时间对 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料结构和形貌的影响 |
7.5.4 烧结时间对 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料电化学性能的影响 |
7.5.5 最佳工艺制备的 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料的电化学性能分析 |
7.5.6 全电池 LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2/Li_4Ti_5O_(12)的初步探究 |
7.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(6)无焰燃烧合成锂离子电池正极材料LiMn2O4及其掺杂改性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池概述 |
1.3 锂离子电池正极材料 |
1.3.1 层状 LiCoO_2正极材料 |
1.3.2 层状 LiNiO_2正极材料 |
1.3.3 Li-Mn-O 正极材料 |
1.3.4 LiFePO4正极材料 |
1.3.5 其它正极材料 |
1.4 尖晶石型 LiMn_2O_4正极材料的研究现状 |
1.4.1 尖晶石型 LiMn_2O_4的合成方法 |
1.4.2 尖晶石型 LiMn_2O_4容量衰减原因分析 |
1.4.3 尖晶石型 LiMn_2O_4的改性研究 |
1.5 本论文的研究内容、创新点及意义 |
1.5.1 本论文的研究内容 |
1.5.2 本论文的创新点 |
1.5.3 本论文的研究意义 |
第2章 实验方法 |
2.1 实验所用药品和仪器 |
2.2 尖晶石型 LiMn_2O_4的合成 |
2.3 材料的表征 |
2.3.1 热重-差热分析(TG-DSC) |
2.3.2 红外光谱分析(FT-IR) |
2.3.3 X 射线衍射分析(XRD) |
2.3.4 微观形貌分析(SEM) |
2.4 材料的电化学性能测试 |
2.4.1 电极片的制备 |
2.4.2 电池的组装 |
2.4.3 恒电流充放电性能测试 |
2.4.4 电化学阻抗(EIS) |
2.4.5 循环伏安(CV) |
第3章 尖晶石型 LiMn_2O_4的无焰燃烧合成 |
3.1 NO-3/Ac-摩尔比对 LiMn_2O_4的影响 |
3.1.1 LiMn_2O_4样品的制备 |
3.1.2 热重-差热分析(TG-DSC) |
3.1.3 傅里叶红外光谱分析(FT-IR) |
3.1.4 X 射线衍射分析(XRD) |
3.1.5 宏观形貌与微观形貌分析 |
3.1.6 循环伏安分析(CV) |
3.1.7 恒电流充放电性能测试 |
3.1.8 电化学阻抗分析(EIS) |
3.2 燃烧温度对 LiMn_2O_4的影响 |
3.2.1 LiMn_2O_4样品的制备 |
3.2.2 傅里叶红外光谱分析(FT-IR) |
3.2.3 X 射线衍射分析(XRD) |
3.2.4 微观形貌分析(SEM) |
3.2.5 恒电流充放电性能测试 |
3.3 保温时间对 LiMn_2O_4的影响 |
3.3.1 500℃下不同保温时间对 LiMn2O4的影响 |
3.3.2 400℃下不同保温时间对 LiMn2O4的影响 |
3.3.3 600℃下不同保温时间对 LiMn2O4的影响 |
3.3.4 700℃下不同保温时间对 LiMn2O4的影响 |
3.4 二次焙烧对 LiMn_2O_4的影响 |
3.4.1 LiMn_2O_4样品的制备 |
3.4.2 X 射线衍射分析(XRD) |
3.4.3 恒电流充放电性能测试 |
3.5 本章小结 |
第4章 尖晶石型 LiMn_2O_4的掺杂改性研究 |
4.1 阳离子掺杂对 LiMn_2O_4的影响 |
4.1.1 Li+的掺杂 |
4.1.2 Mg~(2+)的掺杂 |
4.1.3 Co~(2+)的掺杂 |
4.1.4 Cu~(2+)的掺杂 |
4.1.5 Ni~(2+)的掺杂 |
4.1.6 Al~(3+)的掺杂 |
4.1.7 Cr~(3+)的掺杂 |
4.1.8 Fe~(3+)的掺杂 |
4.2 F-、Cl-掺杂对 LiMn_2O_4的影响 |
4.2.1 F-的掺杂 |
4.2.2 Cl-的掺杂 |
4.3 复合掺杂对 LiMn_2O_4的影响 |
4.3.1 Li~+、Al~(3+)复合掺杂 |
4.3.2 Co~(2+)、Ni~(2+)复合掺杂 |
4.3.3 Mg~(2+)、F-复合掺杂 |
4.4 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
在学位期间发表的学术成果及获奖情况 |
致谢 |
(7)锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备及其电极界面特性研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
图清单 |
表清单 |
缩写及变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 锂离子电池概述 |
1.2 锂离子电池发展现状 |
1.3 锂离子电池正极材料研究 |
1.4 基于转化反应机制的锂离子电池电极材料 |
1.5 尖晶石LiMn_2O_4 正极材料 |
1.6 论文选题目的和意义 |
2 实验内容和方法 |
2.1 试验药品及仪器 |
2.2 电极材料制备 |
2.3 材料的物相表征 |
2.4 材料电化学性能测试 |
3 尖晶石LiMn_2O_4 制备和电化学性能 |
3.1 样品制备 |
3.2 LiMn_2O_4 物理性质 |
3.3 LiMn_2O_4 电化学性能 |
3.4 尖晶石LiMn_2O_4 电化学阻抗谱(EIS)研究 |
3.5 本章小结 |
4 Co、Cr、Cu、Ni、Al 掺杂尖晶石LiMn_2O_4 改性研究 |
4.1 实验方法 |
4.2 Co 掺杂尖晶石LiCoxMn_(2-x)O_4 改性研究 |
4.3 Cr 掺杂LiCr_xMn_(2-x)O_4 改性研究 |
4.4 Cu 掺杂LiCu_xMn_(2-x)O_4 改性研究 |
4.5 Ni 掺杂LiNi_xMn_(2-x)O_4 改性研究 |
4.6 Al 掺杂及Al_2O_3 表面包覆LiMn_2O_4 改性研究 |
4.7 本章结论 |
5 石墨烯掺杂尖晶石LiMn_2O_4 改性研究 |
5.1 实验方法 |
5.2 石墨烯物理性质 |
5.3 石墨烯掺杂尖晶石LiMn_2O_4 电化学性能 |
5.4 石墨烯掺杂尖晶石LiMn_2O_4 电化学阻抗谱 |
5.5 本章结论 |
6 水系电解液下尖晶石LiMn_2O_4 正极和LiTi_2(PO_4)_3 负极电化学性能 |
6.1 实验方法 |
6.2 LiTi_2(PO_4)_3 物理性质 |
6.3 LiTi_2(PO_4)_3 电化学性能 |
6.4 尖晶石LiMn_2O_4 在水系电解液中电化学性能 |
6.5 本章结论 |
7 结论 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(8)高功率型尖晶石锰酸锂正极材料的制备及掺杂改性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 锂离子电池的结构和工作原理 |
1.2 锂离子电池正极材料的概述 |
1.2.1 层状氧化物正极材料 |
1.2.2 橄榄石型正极材料 |
1.2.3 尖晶石型正极材料 |
1.3 尖晶石锰酸锂正极材料的研究进展 |
1.3.1 尖晶石锰酸锂正极材料的合成方法 |
1.3.2 尖晶石锰酸锂正极材料的掺杂改性 |
1.4 选题意义和主要研究内容 |
第二章 实验及表征方法 |
2.1 主要原料及仪器设备 |
2.2 实验过程 |
2.2.1 纳米尖晶石锰酸锂的制备 |
2.2.2 尖晶石锰酸锂的掺杂改性 |
2.2.3 测试电极的制备 |
2.2.4 测试电池的组装 |
2.3 分析及表征 |
2.3.1 结构组成和形貌分析 |
2.3.2 电化学性能分析 |
第三章 纳米尖晶石锰酸锂正极材料的制备及性能研究 |
3.1 凝胶前驱体的预烧结过程研究 |
3.1.1 凝胶前驱体的热分解过程研究 |
3.1.2 预烧结过程对材料结构的影响 |
3.1.3 预烧结过程对材料电性能的影响 |
3.2 原料配比对尖晶石锰酸锂性能的影响研究 |
3.2.1 原料配比对材料结构的影响 |
3.2.2 原料配比对材料常规电性能的影响 |
3.3 二次烧结温度对尖晶石锰酸锂性能的影响研究 |
3.3.1 二次烧结温度对材料结构和组成的影响 |
3.3.2 二次烧结温度对材料常规电性能的影响 |
3.4 二次烧结时间对尖晶石锰酸锂性能的影响研究 |
3.4.1 二次烧结时间对材料结构和组成的影响 |
3.4.2 二次烧结时间对材料常规电性能的影响 |
3.5 本章小结 |
第四章 纳米尖晶石锰酸锂正极材料的高倍率性能分析及影响因素研究 |
4.1 纳米尖晶石锰酸锂正极材料的高倍率性能分析 |
4.1.1 高倍率下容量保持率的研究 |
4.1.2 高倍率下电压保持率的研究 |
4.1.3 高倍率下的功率密度和能量密度研究 |
4.2 纳米尖晶石锰酸锂正极材料的高倍率影响因素研究 |
4.2.1 晶格常数对材料高倍率性能的影响 |
4.2.2 晶粒平均粒径对材料高倍率性能的影响 |
4.3 本章小结 |
第五章 高电位尖晶石锰酸锂掺杂改性材料的制备及性能研究 |
5.1 尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 正极材料的制备及性能研究 |
5.1.1 尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 正极材料的制备及表征 |
5.1.2 尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 正极材料的常规电性能研究 |
5.1.3 尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 正极材料的高倍率性能研究 |
5.2 尖晶石LiNi_xMn_(2-x)O_4 正极材料的制备及性能研究 |
5.2.1 尖晶石LiNi_xMn_(2-x)O_4 正极材料的制备及表征 |
5.2.2 尖晶石LiNi_xMn_(2-x)O_4 正极材料的常规电性能研究 |
5.2.3 尖晶石LiNi_xMn_(2-x)O_4 正极材料的高倍率性能研究 |
5.3 尖晶石LiCr_(0.2)Ni_(0.4)Mn_(1.4)O_4 正极材料的制备及性能研究 |
5.3.1 尖晶石LiCr_(0.2)Ni_(0.4)Mn_(1.4)O_4 正极材料的制备及表征 |
5.3.2 尖晶石LiCr_(0.2)Ni_(0.4)Mn_(1.4)O_4 正极材料的电性能研究 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论 |
1. 纳米尖晶石 LiMn_2O_4 正极材料的溶胶凝胶法制备和研究 |
2. 纳米尖晶石 LiMn_2O_4 正极材料的高倍率性能研究 |
3. 高电位尖晶石 LiMn_2O_4 掺杂改性正极材料的制备和研究 |
致谢 |
参考文献 |
作者在学期间取得的学术成果 |
(9)阴阳离子掺杂的锂离子电池LiMn2O4系列正极材料的低热固相配位法制备及其性能表征(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
前言 |
1. 锂离子电池的发展 |
2. 锂离子电池的工作原理及特点 |
2.1 锂离子电池的工作原理 |
2.2 锂离子电池的特点 |
3. 锂离子电池正极材料 |
4. LiMn_2O_4系列正极材料的研究状 |
4.1 合成方法 |
4.2 锰酸锂的掺杂改性 |
5. 本论文选题背景和研究内容 |
第一章 尖晶石Li_(1+x)Mn_2O_(4-y)F_y的低热固相配位法制备及其结构、微观形貌与电化学性能研究 |
1.1 实验所用试剂与仪器 |
1.1.1 主要试剂 |
1.1.2 实验仪器 |
1.2 实验部分 |
1.2.1 样品的制备 |
1.2.2 极片的制备 |
1.2.3 实验电池的装配 |
1.2.4 样品的物性表征 |
1.2.5 样品的电化学性能表征 |
1.3 结果与讨论 |
1.3.1 前驱体的热重差热分析 |
1.3.2 样品的物相分析 |
1.3.3 样品的形貌分析 |
1.3.4 样品的电化学性能测试 |
本章小结 |
第二章 尖晶石 LiMe_xMn_(2-x)O_(4-y)Cl_y(Me=Al,Cr)的低热固相配位法制备及其结构、微观形貌与电化学性能研究 |
2.1 实验所用试剂与仪器 |
2.1.1 主要试剂 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 样品的制备 |
2.2.2 极片的制备和电池的装配 |
2.2.3 样品的物性表征 |
2.2.4 样品的电化学性能表征 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 前驱体的热重差热分析 |
2.3.2 样品的物相分析 |
2.3.3 样品的形貌分析 |
2.3.4 样品的电化学性能测试 |
本章小结 |
第三章 尖晶石 LiMe_xMn_(2-x)O_(4-y)Br_y(Me=Al,Cr)的低热固相配位法制备及其结构、微观形貌与电化学性能研究 |
3.1 实验所用试剂与仪器 |
3.1.1 主要试剂 |
3.1.2 实验仪器 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 样品的制备 |
3.2.2 极片的制备和电池的装配 |
3.2.3 样品的物性表征 |
3.2.4 样品电解液的电化学性能表征 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 前驱体的热重差热分析 |
3.3.2 样品的物相分析 |
3.3.3 样品的形貌分析 |
3.3.4 样品的电化学性能测试 |
本章小结 |
结论 |
参考文献 |
论文发表情况 |
致谢 |
(10)锂离子电池锰基正极材料的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 锂离子电池简介 |
1.1.1 锂离子电池的发展概况 |
1.1.2 锂离子电池的工作原理与特性 |
1.2 锂离子电池正极材料的研究进展 |
1.2.1 层状结构LiCoO_2正极材料 |
1.2.2 层状结构LiNiO_2正极材料 |
1.2.3 Li-Mn-O系列正极材料 |
1.2.4 三种材料的比较 |
1.3 尖晶石LiMn_2O_4的结构与性能 |
1.3.1 Li-Mn-O三元系相图 |
1.3.2 尖晶石LiMn_2O_4的结构 |
1.3.3 尖晶石LiMn_2O_4的性能 |
1.4 本文的研究内容及意义 |
第2章 实验部分 |
2.1 主要化学试剂及来源 |
2.2 材料的制备和电池的组装 |
2.2.1 材料的制备方法 |
2.2.2 电池的组装 |
2.3 材料性能测试方法及原理 |
2.3.1 X射线衍射法(XRD) |
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.3.3 材料的电化学性能测试 |
2.4 本章小结 |
第3章 尖晶石LiMn_2O_4的掺杂改性 |
3.1 材料的合成及性能测试 |
3.1.1 材料的合成 |
3.1.2 材料性能测试 |
3.2 结果与讨论 |
3.2.1 阳离子单元掺杂 |
3.2.2 阳离子二元掺杂 |
3.2.3 阳离子多元掺杂 |
3.2.4 阴阳离子复合掺杂 |
3.3 本章小结 |
第4章 尖晶石LiMn_2O_4的包覆改性 |
4.1 包覆方法及包覆剂的选择 |
4.2 材料的合成与性能测试 |
4.2.1 材料的合成 |
4.2.2 材料的性能测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 表面包覆LiCoO_2对材料结构与形貌的影响 |
4.3.2 表面包覆LiCoO_2对材料性能的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 Li_4Ti_5O_(12)/LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电池体系的研究 |
5.1 实验 |
5.1.1 正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的合成 |
5.1.2 负极材料Li_4Ti_5O_(12)的合成 |
5.1.3 材料的性能测试 |
5.2 结果与讨论 |
5.2.1 正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的结构分析 |
5.2.2 负极材料Li_4Ti_5O_(12)的结构分析 |
5.2.3 Li_4Ti_5O_(12)/LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电池体系的性能测试 |
5.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
四、尖晶石型正极材料LiCr_xMn_(2-x)O_4的电化学特性(论文参考文献)
- [1]熔盐法合成锂离子电池高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4及其性能研究[D]. 罗荣杰. 昆明理工大学, 2021(01)
- [2]热电池用猛酸锂正极的掺杂改性研究[D]. 宋恒旭. 中北大学, 2019(09)
- [3]锂离子电池高比容量层状金属氧化物的制备、性能与原位XRD研究[D]. 沈重亨. 厦门大学, 2017(01)
- [4]无焰燃烧合成LiAlxMn2-xO4及其电化学性能研究[D]. 刘金涛. 云南民族大学, 2017(01)
- [5]锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4与LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备与改性研究[D]. 沙鸥. 天津大学, 2012(06)
- [6]无焰燃烧合成锂离子电池正极材料LiMn2O4及其掺杂改性研究[D]. 黄梅. 云南民族大学, 2012(03)
- [7]锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备及其电极界面特性研究[D]. 崔永丽. 中国矿业大学, 2011(08)
- [8]高功率型尖晶石锰酸锂正极材料的制备及掺杂改性研究[D]. 陈颖超. 国防科学技术大学, 2011(07)
- [9]阴阳离子掺杂的锂离子电池LiMn2O4系列正极材料的低热固相配位法制备及其性能表征[D]. 蒋蓉蓉. 新疆大学, 2007(06)
- [10]锂离子电池锰基正极材料的研究[D]. 牛少军. 哈尔滨工程大学, 2007(08)