纳米晶锰酸锂材料的溶胶凝胶法制备与性能研究

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1、摘要论文题目纳米晶锰酸锂材料的溶胶-凝胶法制备与性能研究专业材料学研究生陈海云指导教师赵胜利摘要锂离子电池具有工作电压高比能量大自放电小使用寿命长无记忆效应无环境污染等突出优点应用前景十分广阔正极材料的性能改善对高性能锂离子电池的研究至关重要尖晶石LiMn2O4由于具备成本低对环境污染小有较高的工作电压和放电比容量等特点被认为是最有希望替代LiCoO2的锂离子电池正极材料但在充放电过程中由于锰的溶解Jahn-Teller效应电解液的分解等因素使得LiMn2O4性能不稳定容量衰减较快从而制约其商业化发

2、展通过对其进行掺杂改性提高其循环稳定性是目前研究的热点溶胶-凝胶(Sol-Gel)法具有所得产物晶粒小比表面积大粒径分布范围窄化学计量比准确等优点因此本研究采用Sol-Gel法分别以柠檬酸和聚丙烯酸(PAA)为螯合剂以金属硝酸盐为锂/锰源辅助一定的热处理工艺制备尖晶石锰酸锂粉体和薄膜考察了螯合剂量锂/锰比退火温度及钴掺杂量对锰酸锂结构和性能的影响得到的主要结论如下(1)以PAA为螯合剂获得均匀稳定的溶胶和凝胶前驱体在退火过程中550°C时逐步形成尖晶石LiMn2O4粉体700°C退火10h获得了颗粒

3、分布均匀2结构稳定晶格畸变最小的纳米LiMn2O4粉体电流密度0.1mA/cm电压3.5-4.3V范围内初始放电比容量达138mAh/g接近理论比容量但循环性能有待提高(2)钴掺杂对锰酸锂粉体性能影响显著随着钴掺杂量的增加晶格常数晶粒尺寸逐渐减小晶格畸变逐渐增大但对尖晶石结构影响较小材料的放电比容量随着掺杂量的增大逐渐降低但循环性能得到明显的改善综合考虑放电比容量与循环性能x=0.10时即LiCo0.1Mn1.9O4粉体电化学性能最好同样测试条件下初始放电比容量130mAh/g20次循环后仍保留11

4、9.2mAh/g(3)采用聚合物为螯合剂避免酯化反应并且使得金属离子能更加充分的均匀分散在螯合剂中以PAA为螯合剂合成样品的性能优于以柠檬酸为螯合剂合成样品的性能(4)以柠檬酸为螯合剂合成均匀稳定的溶胶采用旋转涂布技术制备具有尖I摘要晶石结构的LiMn2O4薄膜升温速率1°C/min700°C退火2h获得了与不锈钢基片结合性能良好表面光滑厚度均匀无裂缝的尖晶石LiMn2O4薄膜关键词溶胶-凝胶尖晶石LiMn2O4纳米粉体薄膜掺杂电化学性能论文类型应用基础研究II摘要Subject:Preparati

5、onandpropertiesofnanocrystallinemanganeseacidlithiummaterialsbysol-gelmethodSpecialty:MaterialScienceName:ChenHaiyunSupervisor:ZhaoShengliABSTRACTLithium-ionbatteryhasagoodprospectinapplicationforitsfavorableadvantagesofhighworkingvoltage,highspecificc

6、apacity,lowselfdischarge,longservicelife,andenvironmentalprotection.Theperformanceimprovementofcathodematerialsisthekeytothedevelopmentoflithium-ionbatteries.SpinelLiMn2O4isbelievedtobethemostpromisingcathodematerialforlithium-ionbatteriesinsteadofLiCo

7、O2foritshighworkingvoltage,goodsafetyperformance,lowcostandbenignenvironmentalimpact.However,someshortcomingssuchasfastcapacityfadingandinferiorelectrochemicalcapabilitiesinthecharge-dischargecycleprocesslimititsapplicationincommercialcells.Ithasbeenre

8、portedthatthecapacityfadingisduetoJahn-Tellerdistortion,dissolutionofmanganeseintoelectrolyteanddecompositionofelectrolyte.DopingmodificationistherecentfocusofperformancestudyaboutspinelLiMn2O4materials.TheproductpreparedbySol-Gelmethod