锰酸锂纳米材料的制备及其电化学性能研究

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1、论文分类号：１学校代码：１０７０８学号：１５０２０２４＿後森斜我大爹ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ锰酸锂纳米材料的制备及其电化学性能研究曹金花指导教师姓名：郭守武教授郑鹏讲师学位名称：材料物理与化学＿论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：锰酸锂纳米材料的制备及其电化学性能研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养

2、单位：材料科学与工程学院硕士生：曹金花导师：郭守武教授郑鹏讲师2018年5月PreparationandElectronchemicalPerformanceofLithiumManganesenanomaterialsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByJinhuaCaoSupervisor:Prof.ShouwuGu

3、oLecturerPengZhengMay2018锰酸锂纳米材料的制备及其电化学性能研究摘要随着科技的发展，锂离子电池已经被应用于各种便携式储能设备中，如平板电脑，智能手机，摄像机等，而且进一步在电动汽车，混合动力汽车，军事和航天中获得更多应用，但是传统的正极材料存在着如价格昂贵，安全隐患，环境不友好等方面问题，已经不能够满足人们对于储能材料的需求。廉价安全，锰资源丰富且都具有尖晶石结构的LiMn2O4和LiMn1.5Ni0.5O4正极材料成为了研究热点，充放电平台为4V的锰酸锂和掺杂金属镍后形成放电平台在4.7V的LiMn1.5Ni0.5O4是非常具

4、有前景的正极材料。然而这两种材料仍存在着以下缺点，比如说电解液中锰的溶解和Jahn-Teller效应等因素都会直接对材料的电化学性能有影响。因此，如何有效地避免这些影响不利因素一直是研究者们所关心的研究热点。本文采用了固相烧结法分别制备出了线状，球状和片状的LiMn2O4纳米材料，并在此基础制备出纳米棒状的LiMn1.5Ni0.5O4正极材料，通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等研究了产物的微观结构、尺寸及形貌；将样品进行电化学测试研究其电化学性能，结果如下：（1）采用熔盐法制备出纳米线状的MnO2，用葡萄糖为碳源，水热包

5、覆生长碳层制备复合材料MnO2@C，将其与LiOH两种原料混合研磨均匀后，在不同的反应条件下合成了纳米线状的锰酸锂正极材料，保持了前驱体与最终产物形貌上的一致。经实验证明在750℃烧结8h的条件下制得产物是纳米线LiMn2O4@10%C正极材料，是尖晶石结构且直径分布在50-100nm之间，制得的LiMn2O4@10%C具有良好的电化学性能，在0.1C下的首次充放电比容量分别为132.2mAh/g、103mAh/g，库伦效率较高为82%，在1C的电流密度在500次的充放电循环后比容量为103mAh/g，相对初始比容量保持在90%。（2）分别制备球状Mn

6、2O3和片状MnO2作为代替纳米线MnO2前驱体，经过水热包碳，制备出球状和片状的LiMn2O4，并对其结构和形貌及电化学性能进行表征研究。采用固相法空气气氛下750℃保温8h制备出的球状和片状LiMn2O4正极材料，再次验证了通过包覆碳层改性的可以保持材料的形貌。片状和球状LiMn2O4在0.1C的电流密度下首次I放电比容量分别为118.4mAh/g、86.5mAh/g，其对应的库伦效率分别为82.3%，64.4%。（3）采用固相法制备尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4电极材料，通过控制煅烧时间和碳层厚度的工艺条件来制备材料LiNi0.5Mn1.5

7、O4。结果表明，以MnO2@15%C为前驱体，采用固相法在空气气氛下750℃，保温8h的反应条件下制备出纳米棒状的LiMn1.5Ni0.5O4@15%C，通过XRD和电化学测试表明了LiMn1.5Ni0.5O4@15%C结构稳定，结晶性良好，在4.7V左右具有高于尖晶石锰酸锂的电压平台，在1C的电流密度下连续充放电100次后，材料的比容量保持在97.87%。关键词：锰酸锂，镍锰酸锂，锂离子电池，固相法，纳米线IIPreparationandElectronchemicalPerformanceofLithiumManganesenanomaterial

8、sABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnolo