【摘 要】
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作为锂离子电池的关键组成部分,正极材料具有极其重要的研究价值,其放电容量、循环性能和倍率性能对整个电池体系有非常直接的影响。本文选择传统的液相法来合成高电压正极材料,以满足产物元素分布均匀以及形貌、结构优化的目的,从而制备出具有良好电化学性能的锂离子电池正极材料。本论文以液相法为主要合成路径,两种具有较高放电比容量正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2(250 mAh g-1)
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作为锂离子电池的关键组成部分,正极材料具有极其重要的研究价值,其放电容量、循环性能和倍率性能对整个电池体系有非常直接的影响。本文选择传统的液相法来合成高电压正极材料,以满足产物元素分布均匀以及形貌、结构优化的目的,从而制备出具有良好电化学性能的锂离子电池正极材料。本论文以液相法为主要合成路径,两种具有较高放电比容量正极材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2(250 mAh g-1)和LiMn0.7Fe0.3PO4(170mAh g-1)为研究对象,进行正极材料的电化学性能研究。具体工作如下:首先,采用传统溶剂热法,合成双球状的Li2Mn0.54Ni0.13(Co00.13O2前驱体分级结构,颗粒表面是棱长200-400 nm的纳米块。将适量碳酸锂与该前驱体混合均匀后进行800℃高温退火得到目标产物Li1.2Mn0.04Ni0.03Co0.13O2,该电极材料在25 mAg-1的电流密度下,达到234 mAh g-1首圈放电比容量,库伦效率为76.4%。其次,为优化富锂锰基正极材料,我们改变金属盐和溶剂种类,在同样的溶剂热反应条件下,合成了另外一种花状分级结构Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2前驱体。在表面活性剂和乙醇的作用下,厚度100 nm左右的片层结构组装成均匀分散的花状前驱体。该前驱体需进行450℃的预处理以去除溶剂热反应的杂质,再与适量碳酸锂混合均匀并在800℃下进行高温退火。花状富锂锰基正极材料具有比较特殊的表面形貌和晶体结构特征,在25 mA g-1的电流密度下,其首圈放电比容量达到274 mAhg-1。而当电流密度进一步增大时,该材料依旧能够保持比较稳定的循环状态。第三,我们尝试通过微波溶剂热法在较短的周期内合成橄榄石型正极材料LiMn0.7Fe0.3PO4,反应产物为100nm左右的空心颗粒。同时,我们采用原位包碳的方式来保持产物高温锻烧后的形貌并提高其导电性。离心过后,将沉淀物和适量上清液置于保护性气氛下300℃预处理,最后在650 ℃的高温下进行锻烧,即可得到表面均匀包碳的LiMn0.7Fe0.3PO4纳米材料。
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