锂离子电池正极材料锰酸锂电化学性能的研究

作     者：杨琪 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李文翠

授予年度：2013年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：锂离子电池 锰酸锂 镍掺杂 长循环稳定性 能量密度 

摘      要：锂离子电池具有高比电容量、工作电压窗口宽、循环性能好、安全系数高、倍率性能好等诸多优点,广泛用于各个领域。制备长循环寿命、高能量密度的锂离子电池是近年来科研者们研究的主要目标。其中,锂离子电池的正极材料对电池性能有着重要的影响,其中锰酸锂材料因锰自然资源较为丰富、成本低廉及环境友好等优势被认为是一种比较有发展潜力的锂离子电池正电极材料。 尖晶石LiMn2O4正极材料有着独特的三维隧道结构,这种结构有利于电池循环充放电时离子在材料中的扩散,所以LiMn2O4吸引了众多科研者的眼球。但是锰酸锂材料容易发生Jahn-Teller歧化效应,这种效应易导致晶相由立方向四方晶相转变,从而使得材料的循环性能降低,本文通过高温固相法合成纳米级锰酸锂材料,其晶型结构较好,有效的降低了电池的容量衰减速率。为了提高电池的的能量密度,本论文还在纯相锰酸锂的基础上掺杂不同含量的镍,以提高电压平台,扩大电池的电压窗口,从而提高能量密度。综合运用x-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等相关表征手段对合成的锰酸锂样品的晶型、微观形貌等进行分析,并且用恒流充放电、循环伏安法和交流阻抗等电学测试方法研究了材料的电化学性能。主要研究内容及结果如下： （1）以不同形貌的α-MnO2为前驱体,乙酸锂为锂源,通过高温固相法合成锰酸锂J正极材料,其中以三维网状α-MnO2为前驱体制备的锰酸锂电池具有高倍率性能以及长循环寿命,在5C下,其比容量仍然有88mAh g-1,循环100次后,其比容量衰减速率仅0.06mAh g-1每次。 （2）为提高锰酸锂的能量密度,本论文以三维网状α-MnO2为前驱体制备的锰酸锂为基础,掺杂了不同含量的镍,以提高电压平台从4.05V提高到4.7v,增大了电压窗口,从而提高了能量密度,其中LiNi0.5Mn1.5O4的能量密度高达496Wh Kg-1,远远大于目前使用的传统锂离子电池能量密度。