锰系锂离子电池正极材料的制备及电化学性能研究

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1、学校代码10459学号201412151880密级硕士学位论文锰系锂离子电池正极材料的制备及电化学性能研究作者姓名：李子贺导师姓名：冯祥明副教授陈卫华教授学科门类：理学专业名称：物理化学培养院系：化学与分子工程学院完成时间：2017年5月ADissertationSubmittedtoZhengzhouUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofScienceTheSynthesisandElectrochemicalPropertiesResearchofLithium-ManganeseBasedCathodeMaterial

2、sforLi-ionBatteriesBySupervisor:May,2017学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允

3、许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要摘要随着化石燃料资源的短缺和环境污染的加剧，二次电池作为清洁类能源和电子设备能量存储的媒介，近年来引起了人们越来越多的关注。其中锂离子电池因其性能优异，循环寿命长和环境友好等优点，被人们寄予厚望。然而，现有商业化的锂离子电池在能量密度方面仍不能满足日益增长的使用需求

4、，因此，开发具有高能量密度的电池材料具有重要意义。以磷酸锰锂为代表的锰系锂离子电池正极材料，具有平台电压高，能量密度大，资源丰富，环境污染小，生产成本低等优点，被认为是最有潜力的动力电池材料之一。本论文主要探究了尖晶石锰酸锂、层状锰酸锂和橄榄石型磷酸锰锂的控制合成，并研究了不同形貌或构型与材料电化学性能间的关系。本论文的工作主要包括三个部分：1.多孔洋葱状LiMn2O4的控制合成与性能研究。通过固相法批量合成了多孔洋葱状锰酸锂，并结合共沉淀制备前驱体时溶液的电离平衡和各晶面的优势生长，研究其形貌产生的机理。进而使用相同的方法，通过调控pH合成了多孔球状和多孔立方状锰

5、酸锂。电化学测试结果表明，洋葱状锰酸锂具有最高的能量密-1度，在0.2C时能量密度达到了530WhKg，这是由洋葱状锰酸锂层状的结构和丰富的孔洞所贡献的优异性能。2.不同锂含量对层状锰酸锂构型转化的影响及性能研究。使用固相法合成了不同锂含量的层状锰酸锂Li1±xMnO2，并探究了Li含量对层状锰酸锂结构转化时构型稳定性的影响。其中，Li/Mn比为0.75的材料的循环稳定性要强于Li/Mn比为1的层状锰酸锂。这是由于缺锂而出现了除层状锰酸锂相以外的尖晶石类的Mn3O4，由于Mn3O4的构型同转化产物尖晶石锰酸锂接近，因而在材料中起到了稳定结构的作用。另外，为了提升Li

6、MnO2的性能，掺杂了Al离子，掺杂后的材料极化较小，倍率性能也得到了较大的提升。3.橄榄石型磷酸锰锂LiMnPO4的制备及性能研究。以蔗糖为导电碳源，采用溶剂热和固相结合的方法合成了碳包覆的磷酸锰锂，测试结果表明适量的蔗糖加入能显著地提升磷酸锰锂的导电性，其中，复合50wt%蔗糖的磷酸锰锂展现了更好的倍率性能和更小的阻抗。此外，探究了以工业用镍粉作为导电骨架，采用溶剂热法制得了复合镍的磷酸锰锂，镍粉作为电子传递的导体，较大地提升了磷酸锰锂的导电性能。关键词：锂离子电池，正极材料，锂锰基化合物，高能量密度IAbstractAbstractAsthemediumfor

7、theenergyconversionofnewenergyresourcesandelectronicdevices,secondarybatterieshaveattractedmoreandmoreattention.Amongthevariousbatteries,Li-ionbatteriesarehighlyexpectedowningtothelowcost,smallvolume,environment-friendlinessandexcellentelectrochemicalperformance.However,theenergydens