锂离子电池正极材料尖晶石型锰酸锂的合成及性能研究

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1、分类号：UDC：密级：学校代号：学号：广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)118452111102049锂离子电池正极材料尖晶石型锰酸锂的合成及性能研究熊俊俏指导教师姓名、职称：专业或领域名称：学生所属学院：论文答辩日期：n丝豳唑ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterofEngineeringScience(MasterofEngineeringScience)ResearchonSynthesisandPerformanceofSpinelLlthium

2、ManganeseCathodeforLi—ionBatteriesMsc．Candidate：XiongJunqiaoSupervisor：Prof．ZhangGuoqingJURe2014SchoolofMaterialsandEnergyGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangdong，PR．China，510006⋯9帅5帆4叫哪—-㈣8Ⅲ5㈣2洲Y摘要尖晶石型LiMn204材料与其他正极材料相比，具有原料资源丰富、可靠的安全性、较低的价格等优点，逐渐成为目前最具有市场发展潜力的正极材料之一。但同时存在容量

3、衰减快、循环性能差等缺点，制约其发展，这也是目前需要解决的问题。本文将针对这问题以尖晶石型LiMn204材料为研究对象进行考察。通过高温固相法和高分子网络凝胶法合成尖晶石型LiMn20。材料，在制备工艺方面对材料进行性能改善，最后还对材料进行了改性研究。通过XRD、SEM、TEM、TG—DTA等材料表征方法分析，采用恒电流充放电测试、循环伏安等各种电化学性能测试。首先研究了球磨、煅烧温度、烧结时间对高温固相法合成的LiMn204材料的物理与电化学性能的影响。结果表明：经过球磨处理、煅烧温度为800。C、烧结16小时为最佳工艺条件。合成出的LiMn204材料样品在0．

4、IC、0．3C、0．5C、1C、5C倍率下的库伦效率都在90％以上。在不同倍率循环放电情况下，表现出了较好的倍率性能。500次循环之后的容量保持率在3C、5C倍率下分别为70．3％和58．7％，容量衰减率比较大，循环性能还有待进一步通过制备工艺与材料改性等方法来进行改善。然后分别研究了单体与交联剂的不同比例、引发剂用量对高分子网络凝胶法制备LiMn204材料的晶体结构和电化学性能的影响。通过各项实验数据表明：当AM．MBAM=6：1、引发剂用量为2％时，为最佳制各工艺条件。其制备出的纳米级LiMn204材料具备很好的循环性能和倍率性能。在0．3C和lC两个倍率下循环

5、50次后，容量衰减率均在8％以下。相比于高温固相法，高分子网络凝胶法合成出的锰酸锂材料其电化学性能得到了一定程度的提高。但此种方法还受到诸多因素的影响，比如PH值、聚合温度等，所以要优化合成条件合成出更加优良的材料还需进一步的工作。最后通过与高分子网络凝胶法相结合，以醋酸铝为铝源，合成了铝掺杂的LiMn2．；舢。04材料。研究了不同的铝掺杂量对LiMn2_xAl。04材料的物理和电化学性能的影响。结果表明：A1”的掺杂并不会影响LiMn204的晶体结构。当x=0．02时，LiMnl．98AIo．0204材料在的各项电化学性能为最佳，循环性能通过掺杂得到了改善。结果也

6、说明掺杂与高分子网络凝胶法两者结合在一起，制备出的锰酸锂材料电化学性能得到了大大提高。广东工业大学硕士学位论文关键词：锂离子电池；LiMn204；高温固相法；高分子网络凝胶法；A1掺杂IIAbstractSpinelLiMn204cathodematerialscomparedwithothermaterials，ithasrichresourcesofrawmaterials，reliablesecurity，theadvantagesoflowerprices，etc．Ithasbecomeoneofthemostmarketpotentialoftheanod

7、ematerial．Butithavesomeshortcomings，suchasthecapacityfadingisfast，andthecyclingperformanceispoor,whichiscurrentlytheproblemtobesolved．ThisarticleWaStospinelLiMn204materialastheresearchobject．ItWasmainlyinthetechnologicalaspectsofthepreparationofthematerialperformanceimprovementinarti