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锂离子电池正极材料的合成、表征及性能研究

文献类型:学位论文

作者方海升
学位类别博士
答辩日期2008-12-09
授予单位中国科学院福建物质结构研究所
授予地点福建物质结构研究所
导师李广社
关键词锂离子电池 正极材料 橄榄石型 层状结构 尖晶石型
其他题名Synthesis, characterization and properties of cathode materials for lithium ion batteries
学位专业材料物理与化学
中文摘要锂离子电池由于具有电压高、比能量大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、环境污染小等优点而受到了人们的广泛关注。随着锂离子电池在电动工具、电动汽车等领域的应用,对电池性能提出了更高的要求,而锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料。因此,本论文在概述了当前锂离子电池正极材料的研发现状后,对橄榄石型LiMnPO4、层状LiCoO2及尖晶石型LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4三类典型的锂离子电池正极材料进行了系统的研究。 首次采用水热法制备了具有电化学活性的橄榄石型LiMnPO4,并对水热反应形成LiMnPO4过程、晶体微观结构、颗粒尺寸和形貌演化、材料表面性质以及电化学性能进行了详细地研究,主要有以下发现:(1) 水热反应生成LiMnPO4分两步进行,同时反应溶液中若存在大量的游离CO32-,由于其吸附阻碍作用,LiMnPO4晶体将延一维方向生长,呈柱状结构;(2) 水热反应所得LiMnPO4晶格中会有少量的Mn2+占据Li位,阻碍锂离子在晶格中的移动,从而降低了LiMnPO4的电化学活性。提高水热反应温度,可以减少占据Li位的Mn2+量,从而提高LiMnPO4的电化学活性;(3) 在相同的水热反应温度下,LiMnPO4颗粒尺寸减小,电化学活性提高;(4) 提高LiMnPO4/C复合材料的结晶度并减少材料表面的缺陷,可以抑制电极在电化学反应过程中阻抗的增大,从而提高电极的循环稳定性。 设计了一种新型、实用并灵活的室温固相-熔盐反应联合法来制备层状结构LiCoO2,并对所得材料的结构、表面性质及电化学性能进行了研究。采用氯化物和氢氧化钠为反应物,以室温固相反应生成的高熔点NaCl 为熔剂,通过高温熔盐反应以及退火处理,可制得单相层状LiCoO2,并具有优异的综合电化学性能;采用硝酸盐和氢氧化钠为反应物,以室温固相反应生成的低熔点NaNO3为熔剂,低温熔盐反应后无需退火处理,即可制得单相层状LiCoO2材料并具有良好的表面特性及优异的电化学性能;以醋酸盐和氢氧化钠为反应物,由于室温固相反应生成的低熔点醋酸钠熔剂具有还原性,只能通过两步烧结法制备单相层状LiCoO2,但所得材料性能不理想。同时研究发现,影响层状LiCoO2材料电化学性能的表面吸附物是物理态吸附物,而化学态吸附物对材料的电化学性能基本没有影响。 采用水热法制备的高比表面高反应活性α-MnO2纳米棒为Mn源,在600 oC的中低温下与醋酸锂快速固相反应,制得了高结晶度的单相尖晶石型LiMn2O4,而且所得材料具有良好的电化学性能。 采用室温固相反应制备了低热解温度和高反应活性纳米草酸盐,然后550 oC中低温烧结制得了高结晶度的单相Fd3m型LiNi0.5Mn1.5O4,所得材料具有高的容量和优异的倍率性能。
语种中文
公开日期2013-05-09
页码119
源URL[http://ir.fjirsm.ac.cn/handle/350002/7650]  
专题福建物质结构研究所_中科院福建物质结构研究所_学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
方海升. 锂离子电池正极材料的合成、表征及性能研究[D]. 福建物质结构研究所. 中国科学院福建物质结构研究所. 2008.

入库方式: OAI收割

来源:福建物质结构研究所

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