锂离子电池高容量复合负极与高压固溶体正极材料的制备及性能研究

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1、中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文锂离子电池高容量复合负极与高压固溶体正极材料的制备及性能研究培养单位：二零一三年五月一苓一二，牛血月HighCapacityCompositeAnodesandVoltageSolidSolutionCathodeMaterialsforLithiumIonBatteriesByXuelingZhaoADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInp

2、artialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringGuangzhouInstituteofEnergyConversion，ChineseAcademyofSciencesMay,2013致谢本论文是在我的导师张灵志研究员的严格要求与悉心指导下完成的。首先，我要由衷地感谢张灵志老师三年来对我的用心指导与谆谆教海。三年来，张老师以他自己凡事力求尽善、科学研究着力求真的严谨态度深深感染了我。让我难以忘怀的是，张老师时常会因为一些实验研究上的问题

3、，而亲自去实验室对我进行指导。其实这种情况，在我们实验室是十分常见的。不论哪个学生，只要有不懂的问题去请教张老师，他都会尽可能地给予及时地指导，若是当时不便，他就会抽空亲13到实验室给予指导。研究生期间，由于张老师尽心尽力的用心指导，我在分析问题、解决问题方面的能力得到了很好地锻炼与提高。同时，我还要对麦永津博士、唐道平博士、仲皓想博士以及王素清博士表示诚挚的谢意。感谢他们曾多次帮忙用心地指导我的实验、修改我的论文以及平时的诸多指导与帮助。此外，我还要感谢实验室的其它职工以及师兄师弟师姐，他们分别是：骆浩、赵欣悦、闰晓丹

4、、汪靖伦、岳鹿、雍天桥、邵丹、秦雪英、孙铭浩、谢波和李勇。感谢他们在我的研究生期间给予的诸多帮助。最后，我还要感谢中科院广州能源所给我提供了一个良好的锻炼与成长的平台。此外，当然还要感谢我的父母多年以米对我的默默支持与关怀。锂离子电池高容量复合负极与高压固溶体正极材料的制备及性能研究摘要为满足混合电动汽车(HEV)乃至电动汽车(EV)的发展需要，开发出具有高能量密度、大功率、循环寿命长以及安全性能好的锂离-了电池，已经成为科研人员迫在眉睫的课题。其巾，开发高性能电极材料更是成为全球的研究热点。目前负极材料巾广泛商业化的石

5、墨，比容量只有372mAh／g，容易与电解液发生反应产生胀气现象，影响到电池的体积能量密度和安伞性能。具有“零应变”效应的Li4Ti5012负极材料由于其具有优异的电化学性能，并且很难与电解液发生成膜(SEI)反应，成为新一代负极材料热门选择。此外，MoS2负极材料具有类似于石墨的层状结构和更高的比容量，也值得进一步探究。然而，Li4Ti5012和MoS2的电子导电性都比较差，并且MoS2会因为体积膨胀而发生金属粉化现象。目前处于主流地位的正极材料的比容量太低、相对负极电压低、制造成本高，并且商业化LiC002中的Co昂

6、贵有毒，所以急待开发具有高容量、高电压并且廉价环保的正极材料。新一代富锂固溶体正极材料xLi2Mn03"(1-x)LiM02(M=Co，Fe，NiI／2Mnl／2．．．)，具有高的比容量、良好的循环性能以及新的充放电机制，有望成为新一代锂离子电池正极材料。其中的典型代表是Li[Li02Nio．2Mno．6]02，但其首次不可逆容量较大，并且倍率性能差。针对Li4Ti5012(LTO)矛UMoS2这两种负极材料导电性差以及MoS2会产生金属粉化现象的问题，本论文主要通过导电聚合物对材料进行包覆改性的方法，分别制备了LTO／

7、PPy：PSS、LTO／PANI：PSS和MoS2／PEDOT：PSS复合材料。针对Li[Li02Nio．2Mno．6]02首次不可逆容量较大和倍率性能差的问题，本论文通过改进合成方法，探究了不同螯合剂、反应温度、pH对于Li[Lio．2Ni0．2Mno．6102材料的电化学性能的影响。通过XRD、SEM、TEM、FTIR、TG、XPS等多种方法对材料进行了表征，并对材料的电化学性能进行了研究，得到了以下结果：(1)通过简易的超声包覆法将导电聚合物PPy：PSS和PANI：PSS成功地包覆在LTO的表面，制备出了LTO／

8、PPy：PSS和LTO／PANI：PSS复合材料。结果表明：LTO／PPy：PSS．100的电化学性能优于LTO／PPy：PSS．50，而LTO／PANI：PSS．50的电化学性能则优于LTO／PANI：PSS．100。经过PPy：PSS和PANI：PSS包覆后，LTO的电化学性能得到明显改善。LTO／PPy：PSS