尖晶石型锂离子电池LiMn2O4的制备及掺杂改性

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1、分类号：TM911密级：公开UDC：单位代码：10424学位论文尖晶石型锂离子电池LiMn2O4的制备及掺杂改性柏静申请学位级别：硕士学位专业名称：材料工程指导教师姓名：黄小文职称：教授山东科技大学二零一一年五月论文题目：尖晶石型锂离子电池LiMn2O4的制备及掺杂改性作者姓名：柏静入学时间：2009年9月专业名称：材料工程研究方向：能源材料指导教师：黄小文职称：教授论文提交日期：2011年5月论文答辩日期：2011年6月授予学位日期：THESYNTHESISANDDOPINGMODIFICATIONO

2、FSPINELLiMn2O4FORLITHIUMIONBATTERYADissertationsubmittedinfulfillmentoftherequirementsofthedegreeofMASTEROFPHILOSOPHYfromShandongUniversityofScienceandTechnologybyBaiJingSupervisor:ProfessorHuangXiaowenCollegeofMaterialScienceandEngineeringMay2011声明本人呈交给

3、山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。硕士生签名：日期：AFFIRMATIONIdeclarethatthisdissertation,submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofPhilosophyinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswhollymyownworku

4、nlessreferencedofacknowledge.Thedocumenthasnotbeensubmittedforqualificationatanyotheracademicinstitute.Signature:Date:山东科技大学硕士学位论文摘要摘要锂离子电池是现代高性能电池的代表，因具有高容量、工作电压范围广、安全性能好、寿命长等优点已经得到了广泛应用(如笔记本电脑、电动汽车或电动自行车)。其中尖晶石型LiMn2O4是锂离子电池中最有前途的正极材料之一，一直受到世界各地研究者的关注。

5、与其他二次电池相比，尖晶石型LiMn2O4有较高的能量密度，比较简单的合成工艺，以及无毒、价格便宜、不污染环境等优点。同时也存在一个严重制约其发展的缺点，容量衰减过快，尤其是在高温（55℃）环境下，这主要是由充放电循环过程中的Jahn-Teller效应、锰溶解和电解质的氧化造成的。本文将采用溶胶-凝胶法制备尖晶石型LiMnO，并对其进行Cr3+和Al3+的掺杂改性研究。24通过XRD、SEM和电化学测试对材料进行性能测试，比较不同的烧结温度，掺杂量对材料性能的影响，从而选择最佳的合成工艺条件。结果显示，

6、纯相的LiMn2O4具有较高的容量，在烧结温度为750℃，烧结12小时性能为最优，但是循环性能较差，10次循环后容量衰减率为10.27%。掺杂后，材料的初始比容量都有不同程度的下降，但是其循环性能得到了很大的提高，通过研究可以发现，当掺杂量为x=0.05时，LiCr0.05Mn1.95O4和LiAl0.05Mn1.95O4的性能最佳。纯相LiMn2O4的首次放电比容量为128.3mAh/g，而LiCr0.05Mn1.95O4和LiAl0.05Mn1.95O4的首次放电比容量分别为112.05mAh/g和

7、114.45mAh/g；30次循环后的放电比容量则分别为89.5mAh/g，106.6mAh/g和110.32mAh/g，其中，纯相LiMn2O4的容量衰减速率最大，为30.24%，LiCr0.05Mn1.95O4次之，为4.86%，LiAl0.05Mn1.95O4的循环性能最好，其衰减百分比为3.61%。关键词：锂离子电池，正极材料，锰酸锂，掺杂，尖晶石山东科技大学硕士学位论文AbstractAbstractLithiumionbattery,asahighperformancerechargeabl

8、ebattery,hasbeenwidelyusedinmanyways,likethelaptop,electriccarorbike,foritshighcapacity,highworkingvoltage,goodsafetyperformanceandlongcyclelife.Asoneofthemostpromisingcathodematerials,thespinelLiMn2O4hasbeenstudiedextensi