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稀土掺杂锂锰氧尖晶石锂离子电池正极材料

稀土掺杂锂锰氧尖晶石锂离子电池正极材料

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作者：宋庆贺浙江大学

学位级别：硕士

锂离子电池是一种绿色、可充式的二次电源,其工作电压高、能量密度大,大量应用于手机、计算机等便携式设备。进一步提高电池性能和降低成本是锂离子电池发展的重点。LiMnO正尖晶石具有廉价、无毒、电化学容量较大等优点,被认为是取代昂... 详细信息

锂离子电池是一种绿色、可充式的二次电源,其工作电压高、能量密度大,大量应用于手机、计算机等便携式设备。进一步提高电池性能和降低成本是锂离子电池发展的重点。LiMnO正尖晶石具有廉价、无毒、电化学容量较大等优点,被认为是取代昂贵、有毒性的LiCoO的锂离子电池正极材料最佳候选材料之一。研究表明合成原料、原料的配比以及热处理制度是影响产物电化学性能的关键因素。本文在综述国内外锂离子电池LiMnO尖晶石材料的研究进展的基础上,以LiCO与EMD为主要合成原料;采用高温固相合成法合成制备了稀土元素掺杂锂锰氧尖晶石,同时结合XRD、FESEM、ICP和电化学性能测试等手段,研究了他们的结构、电化学性能以及两者之间的关系。研究发现,分段升温750℃保温20h并进行二次热处理合成的锂锰氧材料具有较标准的正尖晶石结构和较好的电化学性能;本文重点研究了稀土掺杂对锂锰氧结构及电化学性能的影响。研究表明:掺杂稀土元素La、Sm、Y合成的材料具有比较标准的尖晶石结构。电化学测试结果显示稀土元素掺入有效的提高了材料的循环性能。0.5C充放电被倍率下,LiMnLaO、LiMnSmO和LiMnYO三种尖晶石的首次放电容量分别为96mAh/g、102mAh/g和104mAh/g,较LiMnO的116mAh/g低,但是循环性能显著提高。经过50个循环,LiMnLaO和LiMnYO容量保持率分别为87%和85.5%。LiMnSmO尖晶石经过100个循环后,容量保持率则为86.3%。分析认为稀土元素的掺杂可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定材料骨架结构的作用,更加有利于锂离子的迁移,从而有效提高了LiMnO的电化学可逆性和循环稳定性。在此基础上,本文利用晶体场理论分析了稀土掺杂尖晶石改善LiMnO循环性能的机理。在实验室研究的基础上,另外合成的Al/F协同掺杂锂锰氧尖晶石表现出了优良的电化学性能。Al/F的引入既提高了尖晶石的首次放电容量,也提高了锂锰氧尖晶石的循环性能。0.5C充放电被倍率下,LiMnAlOF (vs Li)首次放电容量达到了120mAh/g 左右,经过100个循环放电容量仍然在100 mAh/g以上。同时,LiMnAlOF/CMS系动力PLIB正极首次放电容量为105mAh/g,放电70循环容量保持率为87-3%。

关键词：锂离子电池固相反应正极材料锂锰氧尖晶石晶体场理论稀土掺杂 Al3+/F- 结构电化学性能

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Mg/F掺杂锂锰氧尖晶石锂离子电池正极材料

Mg/F掺杂锂锰氧尖晶石锂离子电池正极材料

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作者：关勇辉浙江大学

学位级别：硕士

LiMnO正尖晶石廉价、无毒，且具有较大的电化学容量，被认为是取代昂贵、有毒性的LiCoO的锂离子电池正极最佳候选材料之一。LiMnO的容量衰减问题是制约其商业化的瓶颈。离子掺杂能有效改善LiMnO的电化学性能。本文在综述了国内外锂离子... 详细信息

LiMnO正尖晶石廉价、无毒，且具有较大的电化学容量，被认为是取代昂贵、有毒性的LiCoO的锂离子电池正极最佳候选材料之一。LiMnO的容量衰减问题是制约其商业化的瓶颈。离子掺杂能有效改善LiMnO的电化学性能。本文在综述了国内外锂离子电池LiMnO正极材料的研究进展的基础上，以LiCO与EMD为主要原料通过固相反应法制备了Mg/F掺杂锂锰氧尖晶石，并将其应用于动力聚合物锂离子电池(PLIB)，同时结合XRD、SEM和电化学性能测试等手段，研究了它们的结构、电化学性能及两者之间的关系。研究发现，750℃保温20h能制备出具有均一立方结构和大小颗粒相错堆积而有利于导电剂乙炔黑在活性料颗粒间搭桥的微观组织特征的锂锰氧尖晶石。电化学测试结果显示，Mg掺杂LiMnO尖晶石具有良好的循环特性。0.5C充放电倍率下，LiMnMg(0.08)O首次放电容量约90mAh/g(vs.Lj)，较LiMnO的102mAh／g低，但循环性能显著提高：300次循环后，容量不发生可察觉衰减;LiMnMgO／CMS(中间相碳微球，上海杉杉)系动力聚合物锂离子电池正极首次放电容量为90mAh／g，经300次循环容量保持率＞75％。Mg掺杂LiMnO尖晶石的良好循环性能与其微观组织形貌和结构相关。掺Mg能促进LiMnO尖晶石的晶体发育，有效抑制其Jahn-Teller畸变，并能增强尖晶石结构中宿主内部原子间结合力，提高宿主的稳定性，进而显著提高锂锰氧尖晶石的循环寿命。研究还发现，正极表面活性颗粒在循环过程中逐渐破碎。颗粒破碎有利于电解液充分渗入，提高正极与电解液的有效接触，从而弥补了正极结构不可避免的衰退而造成的容量损失。掺F既可以提高尖晶石的首次放电容量，也可改善锂锰氧尖晶石的循环性能： LiMnOF首次放电容量为113mAh/g(vs.Li)，经150次后循环容量为90mAh／g，经300次循环后，容量保持率＞70％。这是由于掺F增加了尖晶石的Mn含量，同时又增强了宿主内部原子间的键力所致。 F／Mg协同掺杂的锂锰氧尖晶石的首次放电容量较高，Li量的细小变化对首次放电容量与循环性能影响都很大。LiMnMgOF/CMS系动力PLIB正极首次放电容量为98mAh／g，200次循环容量保持率＞72％，而增加正极含锂量的LiMnMgOF/CMS系正极首次放电容量将高达到106mAh／g，但循环性能差。F／Mg协同掺杂的锂锰氧尖晶石的结构与电化学性能的关系需要进一步研究。

关键词：聚合物锂离子电池固相反应正极材料锂锰氧尖晶石 Mg/F掺杂结构电化学性能

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绿色储能材料LiMn2O4微米多孔球的制备与电化学性能研究

绿色储能材料LiMn2O4微米多孔球的制备与电化学性能研究

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安徽节能减排博士科技论坛

作者：王强张卫新杨则恒王华可控化学与材料化工安徽省重点实验室合肥工业大学化学工程学院

LiMnO是一种环境友好的绿色储能材料(锂离子电池正极材料),已广泛地应用在各种移动电子设备当中。本文通过热处理由共沉淀法获得的碳酸盐前驱物,成功制备出尖晶石结构的LiMnO微米多孔球,利用X-射线转靶衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM... 详细信息

LiMnO是一种环境友好的绿色储能材料(锂离子电池正极材料),已广泛地应用在各种移动电子设备当中。本文通过热处理由共沉淀法获得的碳酸盐前驱物,成功制备出尖晶石结构的LiMnO微米多孔球,利用X-射线转靶衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电镜(FESEM)等手段研究了产物的物相、形貌与微结构。证实所得到的产物为纯相的尖晶石结构LiMnO,其形貌是由粒径为30nm～40nm粒子组装成的微米多孔球。电化学实验结果显示煅烧温度750℃、煅烧时间9h时得到产物的电化学性能最好,该产物在3.9V和4.1V有稳定的放电平台;当以0.1C的倍率放电时,产物的放电容量为124.71mAh·g,而当采用1C高倍率放电,产物仍然具有122.99mAh·g的放电容量,经50次循环以后,产物的放电容量仍保持在113.98mAh·g。

关键词：储能材料锂锰氧尖晶石共沉淀法电化学性质

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Mg2+/F-掺杂Li-Mn-O基尖晶石的结构与电化学性能研究

Mg2+/F-掺杂Li-Mn-O基尖晶石的结构与电化学性能研究

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第十二届中国固态离子学学术会议

作者：关勇辉解晶莹赵新兵曹高劭中国科学院上海微系统与信息技术研究所能源科学与技术实验室浙江大学材料科学与工程系

采用高温固相反应法制备了具有均一立方相的Mg2+和F-掺杂Li-Mn-O基尖晶石结构的锂离子电池正极材料,并采用XRD、SEM及电化学性能测试等手段对其进行了表征。结果显示,0.5C充放电倍率下,LiMn1.92Mg0.08O4首次放电容量约90mAh/g,较LiMn2O4... 详细信息

采用高温固相反应法制备了具有均一立方相的Mg2+和F-掺杂Li-Mn-O基尖晶石结构的锂离子电池正极材料,并采用XRD、SEM及电化学性能测试等手段对其进行了表征。结果显示,0.5C充放电倍率下,LiMn1.92Mg0.08O4首次放电容量约90mAh/g,较LiMn2O4的102mAh/g低,但循环性能显著提高:300次循环后,容量不发生可察觉衰减;LiMn2O3.96F0.04较LiMn2O4容量与循环寿命都有较大改善,首次放电容量为113mAh/g,经150次和300次循环后容量分别为90 mAh/g和80mAh/g。

关键词：锂离子电池锂锰氧尖晶石 Mg2+/F-掺杂电化学性能

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