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球形锰酸锂的制备及其改性研究

球形锰酸锂的制备及其改性研究

作者：鞠博伟湘潭大学

学位级别：硕士

近些年来,诸多新型的锂离子电池正极材料均得到了迅猛的发展,但传统的尖晶石型LiMn2O4仍被认为是极具有竞争潜力的一种正极材料。与其他正极材料相比,其具有诸多优点,例如,原料丰富、成本低廉、环境友好、工作电压高、安全性能好和制备... 详细信息

近些年来,诸多新型的锂离子电池正极材料均得到了迅猛的发展,但传统的尖晶石型LiMn2O4仍被认为是极具有竞争潜力的一种正极材料。与其他正极材料相比,其具有诸多优点,例如,原料丰富、成本低廉、环境友好、工作电压高、安全性能好和制备条件简便等。但是其较为低劣的循环性能限制了其商业化的应用进程。诸多研究者通过对其系统的研究发现,造成LiMn2o4循环性能差的原因主要有如下三点：三价锰在有机电解液中的溶解、姜-泰勒效应、以及电解液高电压下的分解。针对上述难题,本论文先通过共沉淀法制备球形的MnCO3前驱体,然后将其混锂煅烧后,得到球形尖晶石型LiMn2O4正极材料,然后通过对其进行体相掺杂,以及在其表面进行包覆一些其他抗电解液腐蚀的材料的方法,来提高材料的电化学性能。通过共沉淀的方法制备了球形度较好且粒径均一的MnCO3。再以MgF2为掺杂物用高温固相法制备了球形Mg、F共掺杂的LiMgxMn2-xO4-2xF2x(x=0,0.05,0.1,0.2)样品。并讨论了,不同掺杂量对其性能的影响。结果表明,所有不同掺杂量的样品均具有单一的尖晶石结构。并且在所有的样品中,LiMg0.1Mn1.9O3.8F0.2具有最好的电化学性能。在55℃,1C倍率下,其首次放电比容量达到121.1mAhg-1。400次循环后,容量保持率为89.2%。通过简单的化学沉淀法得到Y203包覆的LiMn2O4,并探讨了不同包覆量对其电化学性能的影响。结果表明,所制备的所有不同Y203包覆量的LiMn2O4样品均具有较好的结晶度,且粒度均一。在55℃,1C倍率下,1.0wt.%Y2O3包覆的LiMn2O4样品具有较高的放电比容量及最佳的循环性能,首次放电容量为117.5mAhg-1.500次循环后,容量仍能保持原来的76.7%。将前面制备好的Y203包覆的LiMn2O4样品,加入通过Hummers法自制的氧化石墨悬浮液中,随后干燥并在惰性气氛(Ar)下低温煅烧,得到石墨烯和Y203双层包覆的LiMn2O4样品。结果表明,石墨烯和Y203共包覆的LiMn2O4均具有良好的结晶度和均一的粒径尺寸。在55℃,1C倍率下,首次放电比容量达到129.3mAhg-1,500次循环过后仍有89.3%保留下来。并且在30C的倍率下,其首次放电比容量仍然高达90.0mAhg-1.

关键词：锂离子电池正极材料球形尖晶石型锰酸锂双层表面包覆离子共掺杂

球形高电压LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4的制备及其电化学性能

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中国有色金属学报 2013年第6期23卷 1633-1639页

作者：鞠博伟王先友魏启亮吴春杨秀康舒洪波宋云峰温伟成湘潭大学化学学院环境友好化学与应用教育部重点实验室湘潭411105

以化学共沉淀法制备的球形Ni0.25Mn0.75CO3为前驱体合成高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,探讨用前驱体与Li2CO3直接反应和用前驱体分解后的氧化物与Li2CO3反应两种工艺路线对LiNi0.5Mn1.5O4形貌和电化学性能的影响。用扫描电镜（SEM）和X... 详细信息

以化学共沉淀法制备的球形Ni0.25Mn0.75CO3为前驱体合成高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4,探讨用前驱体与Li2CO3直接反应和用前驱体分解后的氧化物与Li2CO3反应两种工艺路线对LiNi0.5Mn1.5O4形貌和电化学性能的影响。用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对Ni0.25Mn0.75CO3前驱体和LiNi0.5Mn1.5O4样品进行表征,用充放电测试和循环伏安法对LiNi0.5Mn1.5O4样品进行电化学性能研究。结果表明：两种方法合成的LiNi0.5Mn1.5O4均具有尖晶石型结构。但以前驱体Ni0.25Mn0.75CO3直接与Li2CO3反应合成的LiNi0.5Mn1.5O4的一次粒子颗粒较大,形貌较差,性能也较差;而以前驱体分解后的氧化物与Li2CO3反应合成的LiNi0.5Mn1.5O4的形貌及性能均较好。在3.0~4.9 V的电压范围内,1C倍率下电池的放电比容量达到136.3 mA.h/g,循环100次仍有126.5 mA.h/g,且材料具有较好的倍率性能;5C倍率下的首次放电比容量高达120.7 mA.h/g。

关键词：锂离子电池 LiNi0 5Mn1 5O4 正极材料电化学性能

含铝富锂正极材料xLi_2MnO_3·(1-x)LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2的制备和电化学性能

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中国有色金属学报 2015年第5期25卷 1236-1243页

作者：葛龙杨秀康余睿智王迪王先友舒洪波邹贵山鞠博伟温伟城湘潭大学化学学院湘潭411105

通过溶胶？凝胶法合成了含铝富锂正极材料xLi 2 MnO 3·（1？x）LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2，探讨了化学组分（x=0.5，0.6，0.7，摩尔分数）和煅烧温度（850，900，950℃）对材料形貌、结构和性能的影响。采用XRD、SEM和电池充放电... 详细信息

通过溶胶？凝胶法合成了含铝富锂正极材料xLi 2 MnO 3·（1？x）LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2，探讨了化学组分（x=0.5，0.6，0.7，摩尔分数）和煅烧温度（850，900，950℃）对材料形貌、结构和性能的影响。采用XRD、SEM和电池充放电测试仪对材料进行物理表征和电性能测试。结果表明：所制备的材料具有典型的α-NaFeO 2层状结构。当x=0.6、煅烧温度为900℃时，所合成的材料具有较好的形貌和优良的电化学性能；在2.0-4.6 V、0.1C充放电条件下，0.6Li2MnO3·0.4LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的首次放电比容量可达229.9 mA？h/g，且首次库仑效率为80.0%；在0.5C倍率下循环100次后，其放电比容量仍为192.7 mA？h/g，容量保持率达83.8%，显示了优良的循环性能。此外，材料显示了良好的倍率性能，在2.0C倍率下，其放电比容量仍为173.1 mA？h/g。

关键词：锂离子电池含铝富锂正极材料溶胶-凝胶法电化学性能

Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_(4))_(3)原位包覆提升单晶三元LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)性能研究

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电源技术 2022年第4期46卷 364-367页

作者：唐雅婷鞠博伟杨乐之何特特涂飞跃长沙矿冶研究院有限责任公司湖南长沙410012

高镍三元材料因其高容量、低成本而成为最具应用前景的正极材料,但其存在循环性能差、安全性不足等问题。使用溶胶-凝胶法,利用单晶高镍三元材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(S-NCM)表面残碱,对S-NCM进行原位Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.... 详细信息

高镍三元材料因其高容量、低成本而成为最具应用前景的正极材料,但其存在循环性能差、安全性不足等问题。使用溶胶-凝胶法,利用单晶高镍三元材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(S-NCM)表面残碱,对S-NCM进行原位Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_(4))_(3)(LATP)包覆,制备了具有小于10 nm厚度的均匀包覆层的LS-NCM正极材料。在电化学测试中,LS-NCM表现出明显提升的倍率和循环性能,这主要归因于:(1)LATP原位包覆S-NCM可显著降低其表面残碱量;(2)LATP原位包覆S-NCM可提高其表面稳定性,阻止副反应的发生,防止晶内裂纹产生;(3)因LATP具有高离子电导率,LATP原位包覆可减小S-NCM的极化。

关键词： LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2) 单晶 Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_(4))_(3) 原位包覆

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ZnO修饰碳布用于锂离子电池复合负极研究

矿冶工程 2021年第5期41卷 145-148,152页

作者：马鹏程曹景超鞠博伟曾鹏涂飞跃习小明长沙矿冶研究院有限责任公司湖南长沙410012

通过溶剂热法和高温煅烧法得到ZnO修饰的碳布,并以此作为负极支架,使用热熔融法合成了Li-ZnO/CC复合负极材料。结果表明,ZnO颗粒能够降低锂的成核过电位,选择性调控锂沉积位置,使锂的生长得到初步控制,从而达到改善电池循环性能的效果... 详细信息

通过溶剂热法和高温煅烧法得到ZnO修饰的碳布,并以此作为负极支架,使用热熔融法合成了Li-ZnO/CC复合负极材料。结果表明,ZnO颗粒能够降低锂的成核过电位,选择性调控锂沉积位置,使锂的生长得到初步控制,从而达到改善电池循环性能的效果。在对称电池和NCM523全电池中,Li-ZnO/CC复合负极材料的循环性能都优于裸锂箔;在电流密度1 mA/cm^(2)条件下,Li-ZnO/CC对称电池能保持至少400 h以上的稳定循环,并且保持10 mV左右的过电位;NCM523|Li-ZnO/CC全电池在0.3C下经过305次循环后,容量保持率仍有80.41%。Li-ZnO/CC复合负极材料是一种很有前途的可充电锂电池负极材料。

关键词：锂离子电池负极材料碳布氧化锌修饰循环稳定性 Li-ZnO/CC