富锂锰基氧化物的改性与电化学性能研究

《富锂锰基氧化物的改性与电化学性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文富锂锰基氧化物的改性与电化学性能研究MODIFICATIONANDELECTROCHEMICALPROPERTIESOFLi-RICHMn-BASEDOXIDES曹桂哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB34学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工程硕士学位论文富锂锰基氧化物的改性与电化学性能研究硕士研究生：曹桂导师：刘占国副教授申请学位：工程硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB34

2、U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMODIFICATIONANDELECTROCHEMICALPROPERTIESOFLi-RICHMn-BASEDOXIDESCandidate：CaoGuiSupervisor：AssociateProf.LiuZhanguoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialScienceAffiliation：SchoolofMat

3、erialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要富锂锰基氧化物具有储量丰富、理论比容量高、循环性能好和价格低廉等优点，成为下一代动力锂电池正极材料的候选者之一，但其较大的首次不可逆容量与较差的倍率性能限制了材料的实际应用。本课题以富锂锰基氧化物体系为研究对象，研究了酸表面改性、Ti元素掺杂改性与YSZ表面包覆改性对材

4、料的组织结构演变的影响，分析了基于该材料制备的扣式电池充放电行为与材料组织结构之间的关系，并分析了材料电化学性能与改性后材料组织结构的关系，阐明了改性对材料电化学性能影响的机理。通过化学共沉淀法制备过渡金属盐前驱体，充分混合的未煅烧过渡金属盐前驱体与碳酸锂混合物在10MPa下预压后进行煅烧，可获得最优层状结构的富锂锰基氧化物材料，煅烧得到的粉体粒径分布于300nm至400nm之间。采用0.2M浓度的稀硝酸溶液进行改性处理，结果显示酸腐蚀导致材料层状结构减少，类尖晶石相比例增加。材料酸腐蚀4小时后，在0.1C倍率下

5、循环比容量峰值达到231mAh/g，比未使用酸腐蚀的材料的比容量提高了30mAh/g；在2C倍率下峰值达到123.6mAh/g，比未使用酸腐蚀的材料的比容量提高了43.6mAh/g。经TiO2改性制备Ti掺杂材料Li1.2–4xTixMn0.54Ni0.13Co0.13O2，随着Ti掺杂量x的提高，材料中的类尖晶石相的含量先降低后升高，说明TiO2可用于富锂锰基氧化物相组成的调控。当Ti掺杂量x为0.025时，材料中Mn元素90%左右以Mn4+存在，此时材料粒径最小，分布于100nm至200nm之间，首次库伦效率

6、为76.91%，首次放电比容量达到244.9mAh/g。采用了水热法和预包覆法对富锂锰基氧化物进行YSZ表面包覆改性。水热法未改变材料的晶体结构及相组成，但改性后晶粒增大。预包覆法改变了材料的成分组成，但晶粒没有长大，掺杂共表面改性材料表现出与表面改性前一样的组织结构特征。2wt.%YSZ水热法表面改性材料的首次充放电效率达到67.9%，在0.1C倍率下放电比容量峰值达到239mAh/g，在2C倍率下比容量达到123.1mAh/g。随YSZ质量百分比的上升，水热法表面改性材料的放电比容量呈下降趋势。预包覆法表面改

7、性材料的首次充放电效率达到70%，放电比容量峰值达到304.1mAh/g，但循环性能变差。在0.1C倍率下循环，25Ti2YSZ的放电比容量达到204mAh/g。关键词：富锂锰基氧化物；共沉淀法；掺杂改性；表面改性；电化学性能–I–哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractLayeredlithium–richtransition–metaloxides,notedasxLi2MnO3·(1–x)LiMO2(LLO),hasmanyadvantages,suchasabundantreserves,hight

8、heoreticalcapacity,goodcyclingperformanceandlowprice.Inthispaper,theprecursoroftransitionmetalsaltwaspreparedbychemicalcoprecipitationmethod.Afterwards,LLOwasfabricatedbytheprecursorsandl