富锂锰氧锂离子电池正极材料的表面改性与应用研究

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1、分类号：O469单位代码：10183研究生学号：2015321006密级：公开富锂锰氧锂离子吉林大学博士学位论文电池正极材料的表面改性与应用研究边筱扉边筱扉吉林大学2018年5月富锂锰氧锂离子电池正极材料的表面改性与应用研究SurfaceModificationsandApplicationsofLi-richMn-basedCathodeMaterialsforLithiumIonBatteries作者姓名：边筱扉专业名称：凝聚态物理研究方向：锂离子电池材料指导教师：魏英进学位类别：理学博士培养单位：物理学院论文答辩日期

2、：2018年5月31日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席邢巍研究员长春应用化学研究所委员尉海军教授北京工业大学邹勃教授吉林大学陈岗教授吉林大学王春忠教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得

3、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作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论

4、文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：凝聚态物理论文题目：富锂锰氧锂离子电池正极材料的表面改性与应用研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址：吉林省长春市前进大街2699号吉林大学前卫南区物理学院唐敖庆B区作者联系电话：0431-85155126内容提要富锂锰氧化合物是具有重要应用前景的高比能锂离子电池正极材料。然而，这类材料本身较低的锂离子导电率、电化学循环过程中的结构相变以及高电压下电极与电解液之间的副反应等问题制约了其商业化应用。为了解决上述问题，

5、本论文首先采用锂离子导体Li3PO4对富锂锰氧正极材料进行表面包覆，表面包覆层不仅为锂离子的传输提供了顺畅的通道，还在材料表面形成了均匀的隔离层，阻止了活性物质和电解液的直接接触，提高了材料的电化学性能。随后，我们采用同样是锂离子导体的硼氧化物Li2O-LiBO2-Li3BO3作为表面包覆物质，同时利用质子交换反应在材料表面生成了层状-尖晶石异质结构。一方面表面尖晶石相可以稳定材料的晶体结构，调控材料在电化学过程中的结构相变；另一方面表面硼酸盐包覆层能够促进锂离子在电极表面/界面处的电化学动力学性能，二者协同作用使材料的电

6、化学性能得到提升。进一步，我们选取氟化物BiOF作为富锂锰氧材料的表面包覆物质，同样采用质子交换反应在材料表面构建层状-尖晶石异质结构。BiOF包覆层有效地抑制了电解液的分解，提高了材料的热安全性和结构稳定性，使富锂锰氧材料的电化学性能得到显著提高。为了推动富锂锰氧正极材料的实际应用，我们采用氮化锂（Li3N）作为富锂锰氧正极材料的锂源补充剂和电极稳定剂，在与石墨负极结合后，全电池的放电容量提高了10%，且电池的循环稳定性明显改善。最后，我们尝试在富锂锰氧金属锂电池中应用聚（偏二氟乙烯-六氟丙烯）基凝胶态聚合物电解质，采用

7、二维层状材料氮化硼（BN）作为电解质添加剂，不仅提高了聚合物电解质的锂离子导电率，也提高了其机械强度，获得了优异的电化学性能。本论文不仅为富锂锰氧正极材料的表面改性研究提供了新的思路，还对其在锂离子电池中的实际应用提供了可行的技术途径。I中文摘要富锂锰氧锂离子电池正极材料的表面改性与应用研究论文作者：边筱扉指导教师：魏英进教授专业名称：凝聚态物理锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长和无记忆效应等优点，自问世以来，被广泛应用于消费类电子产品以及电动汽车等领域。众所周知，锂离子电池的能量密度、功率密度和成本在很大程

8、度上取决于正极材料，因此寻找高比能、低成本的正极材料显得尤为重要。在这个背景下，富锂锰氧正极材料在近年来得到了人们越来越多的关注。这类材料具有高容量、高能量密度和原料丰富等优点，被认为是最具有应用潜力的动力锂离子电池正极材料之一。但富锂锰氧正极材料的离子导电率较低且结构稳定性较差，致使这类材料的放电比容