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阳极氧化二氧化钛纳米管在钠离子电池中的应用

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阳极氧化二氧化钛纳米管在钠离子电池中的应用

作者：蒋琦太原理工大学

学位级别：硕士

由于资源丰富和成本低廉的优势,钠离子电池被视为储能应用的理想选择。寻找具有高可逆容量、良好的高低温性能以及优良倍率性能的钠离子电极材料仍然是亟待解决的难题。由于Ti O具有较高的理论可逆比容量、稳定的结构、安全嵌钠电位等特... 详细信息

由于资源丰富和成本低廉的优势,钠离子电池被视为储能应用的理想选择。寻找具有高可逆容量、良好的高低温性能以及优良倍率性能的钠离子电极材料仍然是亟待解决的难题。由于Ti O具有较高的理论可逆比容量、稳定的结构、安全嵌钠电位等特点,引起了研究者的广泛关注。然而Ti O较低的电子电导率以及Na嵌入困难阻碍了其进一步应用。因此,本文通过N,P共掺杂对自支撑结构的锐钛矿型Ti O纳米管进行改性。测试结果显示,N,P共掺杂显著改善了Ti O的电导率和大电流下的循环性能;另外,本文通过表面处理制备了具有高浓度氧空位的二氧化钛纳米管,测试结果表明,其N杂原子掺杂效率以及电化学性能均得到了大幅提升。主要研究内容如下:（1）通过调控两次阳极氧化电压的差值,制备出有“嵌套管”形貌的特殊Ti O纳米管,并发现“嵌套管”中小管的数量和阳极氧化的电压呈正相关的关系,特别在10V的电压下,Ti O纳米管的管壁也发生腐蚀现象。（2）以NHHPO同时作为N源和P源,结合自支撑结构的结构优势,利用阳极氧化法结合退火的方式成功制备出了N,P共掺杂的Ti O纳米管。结果表明,N,P元素的原子掺杂比例分别为7.2%和9.7%的掺杂比例,N掺杂方式以取代和间隙掺杂的方式存在于Ti O表面晶格中,P掺杂方式以取代掺杂和形成表面磷酸化合物的方式存在于Ti O表面晶格中。N掺杂主要提供氧空位以提高Ti O整体导电性,P掺杂主要提供包覆材料的磷酸盐以限制Ti O在充放电过程中的体积膨胀。Ti O-NP作为钠离子电池负极表现出优异的倍率性能和长循环性能:在0.1 C的电流密度下Ti O-NP电极保持309.7 m Ah g的可逆容量,在25 C的电流密度下保持181.1 m Ah g的可逆容量,并在5000圈循环后的可逆容量保持率高达100%。相较于单掺杂,双掺杂展现出更强的电化学性能,该方法为制备出优异性能的电极材料提供新的思路。（3）以尿素为N源进行N掺杂和电化学诱导表面氧空位缺陷相结合的思路,制备出了高N掺杂量的Ti O-N纳米管。结果表明,N掺杂位于Ti O表面而非体相,氧空位缺陷诱导的Ti O-N的N掺杂量（8.5%）远高于仅掺杂处理的Ti O-N的掺杂量（4.1%）,并证明了掺杂前对Ti O进行氧空位的构建,有助于掺杂量的提升。Ti O-N作为钠离子电池负极表现出优异的速率性能和长循环性能:在0.1 C的电流密度下Ti O-N电极保持313.2 m Ah g的可逆容量,在25 C的电流密度下保持178.3 m Ah g的可逆容量,并在3500圈循环后的可逆容量保持率高达98.4%。

关键词：二氧化钛纳米管 N,P共掺杂钠离子电池负极材料长循环稳定性氧空位

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废弃物衍生的碳基负极材料储钾性能研究

废弃物衍生的碳基负极材料储钾性能研究

作者：孔天赐中国科学技术大学

学位级别：硕士

钾离子电池(KIBs)因钾资源丰富、电位低、脱溶速率快、铝箔可作为集流体,且存储机制类似于锂离子电池,近年来备受关注。碳材料的来源丰富、成本低、氧化还原电位低且环境友好,是最有前途的负极材料之一。然而,较大半径的K+在碳质材料中... 详细信息

钾离子电池(KIBs)因钾资源丰富、电位低、脱溶速率快、铝箔可作为集流体,且存储机制类似于锂离子电池,近年来备受关注。碳材料的来源丰富、成本低、氧化还原电位低且环境友好,是最有前途的负极材料之一。然而,较大半径的K+在碳质材料中实现长距离扩散困难。因此,在充放电程中会造成严重的体积膨胀,结构破坏坍塌,从而导致动力学性能较差。为了解决上述问题,必须调整碳负极材料的电子结构和形貌,以改善K+的扩散,提高负极动力学性能。常见的改性碳负极材料包括:非晶化碳质材料(硬碳或软碳)、杂原子(N、S、P、F、O)掺杂碳材料、多孔碳材料等。为此,本论文开展了以下工作:1、将废聚乙烯塑料作为前驱体,金属镁作为活性诱导剂来原位生成碳酸镁模板,通过一步水热法制备了夹层状多孔碳纳米片支撑六方碳微片(WPWMC)。该材料以碳酸镁颗粒和塑料热解碳纳米片为基底,诱导六方碳微片在两侧定向生长,从而形成独特的夹层状结构。通过物理和化学表征,发现具有002取向的六方碳微片有助于暴露出丰富的钾离子存储边缘活性位点,有效地缩短了钾离子的扩散距离,从而提升了钾离子电池的倍率性能。与此同时,中间的多孔碳纳米片具有较大的比表面积和分层明确的孔隙,不仅可以缓解钾离子插层所带来的体积膨胀,还可以增加电池的电容存储能力。一系列电化学性能测试表明,WPWMC具有较高的可逆容量(在0.2 A g-1下,容量具有528.7 mA h g-1),可观的倍率性能(在10.0 Ag-1下的容量为152.7 mAh g-1)和稳定的长循环能力(在5.0Ag-1下循环一万圈后,容量稳定在112.1 mA h g-1)。2、使用可再生绿藻作为廉价碳源,金属锌作为催化剂,在700℃下,通过一步高温水热反应,制备了一种具有富氧官能团的三维多孔碳(GAC2)。三维多孔碳具有连续互联的孔隙结构,可以加速电解质的渗透和离子的快速传输。丰富的微孔和充足的介孔可以有效缓解K+插入所引起的体积膨胀。COOH/C=O官能团可提供丰富的钾离子存储反应活性位点,在充放电过程中与钾离子进行高度可逆的反应,在提高GAC2电极的比容量的同时,也提升了钾离子电池的循环稳定性。此外,COOH/C=O官能团还可以参与固体电解质界面(SEI)膜的调控,有利于形成更加稳定的、导电性更高的SEI膜。因此,作为KIBs负极时,表现出可观的容量和稳定的长循环能力(在2.0 Ag-1电流下,经历一万圈循环后,GAC2可以获得104.6 mA h g-1的比容量)。

关键词：废弃物衍生金属催化剂分层明确的孔储钾活性位点长循环稳定性

碱金属离子电解液设计提升层状二硫化钛材料的电化学稳定性研究

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碱金属离子电解液设计提升层状二硫化钛材料的电化学稳定性研究

作者：曹天琦青岛大学

学位级别：硕士

层状过渡金属硫族化合物由于其优异的结构稳定性,快速的反应动力学及其成本低廉等优点被广泛应用于电化学储能。其中,二硫化钛(Ti S)因具有高导电性,电位适中以及对电解液的耐氧化性和耐还原性要求低等突出优势而备受关注,是一种理想的... 详细信息

层状过渡金属硫族化合物由于其优异的结构稳定性,快速的反应动力学及其成本低廉等优点被广泛应用于电化学储能。其中,二硫化钛(Ti S)因具有高导电性,电位适中以及对电解液的耐氧化性和耐还原性要求低等突出优势而备受关注,是一种理想的碱金属离子电池正极材料。自斯坦利·惠廷汉姆首次报道Ti S能够实现锂离子嵌入/脱嵌以来,Ti S被广泛研究并用于锂、钠和钾离子电池等碱金属离子电池。为实现碱金属离子电池的高能量密度并保障其长期循环稳定性,在电极设计层面,异质原子掺杂、构建异质结构、材料纳米化和复合等方式已经被用于提升电极材料的稳定性和电导率。除了对于电极材料本身改进外,电解液/电极界面的优化也是提升电池性能的一个重要研究方向。电解液进行调控,主要是对于电解液中的溶质、溶剂以及添加剂进行合适的选择和配比,从而实现碱金属离子在电极/电解液界面的有效迁移,进一步保障了电极在循环过程中的结构稳定并获得良好的电化学性能。本文针对碱金属/Ti S电池体系,从不同的角度进行了电解液设计以提升其电化学性能。本文的主要研究内容及结论如下:1.采用固相法实现了二硫化钛的晶体生长,并采用X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线光谱(EDX)技术,以及拉曼光谱技术进行基本的物相分析,其结果证明,实验成功合成了二硫化钛晶体。2.针对Ti S||Li电池体系,开发的氟化电解液可以实现Li快速和稳定地可逆脱嵌,从而构筑了稳定的电极/电解液界面。此外,循环伏安法,恒定电流滴定技术,电化学阻抗谱和核磁共振技术被用于表征Ti S-锂金属电池的电化学性能及电解液的物理化学性质。由电化学测试表明,Ti S材料具有优异的循环性能和倍率性能,其在500 m A g的电流密度下,循环2000圈后仍然保持177.26 m Ah g的放电比容量。进一步分析表明,这主要是归功于锂离子在界面的去溶剂化过程较快和稳定的固体电解质界面的形成。3.针对Ti S|Na电池体系,高浓度的醚类电解液被用于改善钠金属电池循环稳定性。循环伏安法,恒定电流滴定技术和电化学阻抗谱等技术被用于进行相应的电化学表征,其结果表明Ti S-金属钠电池在1C的电流密度循环350次循环后仍具有194.01 m Ah g的放电比容量。

关键词：碱金属电池过渡金属硫化物电解液调控长循环稳定性

介孔二氧化钼/磷化钼异质结构的构筑及其储锂性能研究

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介孔二氧化钼/磷化钼异质结构的构筑及其储锂性能研究

作者：沈远浩武汉理工大学

学位级别：硕士

锂离子电池(LIBs)作为一种具有潜力的能源存储装置,由于其具有较高的能量密度、超高的功率密度、极长的循环寿命以及环境友好等特点而受到了广泛地关注。虽然传统的商业化锂离子电池使用石墨作为负极材料,但因为石墨相对较低的容量阻碍... 详细信息

锂离子电池(LIBs)作为一种具有潜力的能源存储装置,由于其具有较高的能量密度、超高的功率密度、极长的循环寿命以及环境友好等特点而受到了广泛地关注。虽然传统的商业化锂离子电池使用石墨作为负极材料,但因为石墨相对较低的容量阻碍了其进一步发展。而过渡金属氧化物由于其较高的容量引起了人们的普遍关注。但过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料在循环过程中较大的体积膨胀以及低电子电导率是制约其发展的重要因素。因此,构建介孔电极材料能够增加电极材料与电解液的接触面积,并可以改善循环过程中由于体积膨胀所导致的结构坍塌问题。此外,对过渡金属氧化物进行电子结构调控能够有效增强过渡金属氧化物的电子电导率。本文将介孔二氧化钼/磷化钼纳米带异质结构(meso-Mo O/Mo P-NBs)材料当作研究对象,并将其作为锂离子电池的负极材料,明确了异质结构相较于单一材料的优势,同时也对异质结构与单一材料的储能机理进行了探究与分析。主要研究结果如下:(1)采用高温煅烧法得到meso-Mo O/Mo P-NBs,并通过控制煅烧过程中磷源的量得到了两种参照样。将三种材料组装成锂离子半电池,对其进行电化学性能测试。Meso-Mo O/Mo P-NBs材料展现出最优的循环性能(电流密度为1 A g时,经过1000次循环后具有515 m Ah g的容量)和倍率性能(当电流密度增加到8 A g时,仍然具有291 m Ah g的容量)。(2)通过一系列电化学分析计算以及密度泛函理论计算研究三种材料的离子和电子的传输特性。对于三种材料来说,meso-Mo O/Mo P-NBs具有最大的锂离子扩散系数、最小的电荷转移阻抗和最为优异的电子电导率,能够实现快速的锂离子传输。(3)通过原位X射线衍射(XRD)及非原位透射(TEM)测试,揭示了meso-Mo O/Mo P-NBs的储锂机制为Mo O的部分转化以及Mo P的有限固溶反应。并且基于原位XRD进行计算,锂离子在meso-Mo O/Mo P-NBs中的嵌入/脱出过程中体积变化较小,因此该材料具有良好的结构稳定性。

关键词：锂离子电池 MoO2/MoP 介孔材料异质结构长循环稳定性

用于高性能超级电容器的“三明治”结构Co9S8/NiTe/Ni的设计与合成

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无机化学学报 2021年第2期37卷 295-304页

作者：陈鑫林朱志平吴宝鑫陈曙光周攀贺浩长沙理工大学化学与食品工程学院长沙410114

首先采用乙醇胺-氢氧化钾体系,实现了在泡沫镍表面原位生长NiTe活性物质层,随后以此为基体,通过复合Co9S8活性物质,构建出具有“三明治”结构、高容量、高循环稳定性的Co9S8/NiTe/Ni复合电极材料。该电极不仅在2 A·g^-1电流密度下表现... 详细信息

首先采用乙醇胺-氢氧化钾体系,实现了在泡沫镍表面原位生长NiTe活性物质层,随后以此为基体,通过复合Co9S8活性物质,构建出具有“三明治”结构、高容量、高循环稳定性的Co9S8/NiTe/Ni复合电极材料。该电极不仅在2 A·g^-1电流密度下表现出1890 F·g^-1的比电容,而且在大电流密度下依然表现出优异的稳定性。

关键词：超级电容器 “三明治”结构复合物电化学介孔材料长循环稳定性

基于分子结构设计构建全钒液流电池多级复合电极

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基于分子结构设计构建全钒液流电池多级复合电极

作者：凌苇湖南农业大学

学位级别：硕士

随着现代社会绿色经济的倡导,可再生清洁能源的开发成为未来能源发展的趋势。然而像太阳能,风能等可再生清洁能源受地域,气候等因素影响具有间歇性,不稳定等特点,需要大规模储能系统来稳定其能源的输出。其中全钒液流电池由于灵活的结... 详细信息

随着现代社会绿色经济的倡导,可再生清洁能源的开发成为未来能源发展的趋势。然而像太阳能,风能等可再生清洁能源受地域,气候等因素影响具有间歇性,不稳定等特点,需要大规模储能系统来稳定其能源的输出。其中全钒液流电池由于灵活的结构设计,低廉的成本,较长的循环寿命和环境友好等优势而被广泛应用。而作为氧化还原反应的场所,电极材料由于较差的电催化活性和离子扩散动力极大地制约了全钒液流电池的倍率性能和循环寿命的发挥。基于此研究背景,本论文从分子结构设计的角度出发,构建一系列多级复合结构,提升电极的电催化活性,并优化了复合电极中的电子和离子混合输运行为,实现高倍率性能和长循环稳定的全钒液流电池运行。基于上述的研究目的,本论文首先以聚乙烯醇为前驱体,硼酸钾为交联剂,通过室温聚合反应和高温碳化过程在石墨纤维表面形成高电化学活性的碳片。采用循环伏安和交流阻抗测试对电极反应过程进行分析,结果显示复合电极具有较高的反应可逆性,较低的极化作用和较小的电荷转移阻抗。在250 mA cm的电流密度下,相比于原始石墨纤维电极,改性后的电极组装成电池的能量效率提高5.2%,且在350 mA cm的电流密度下可以保持5.4 Ah L的放电比容量,反之原始石墨纤维电极的最高电流密度仅为250 mA cm,表明倍率性能得到一定的提升。在此研究基础上,本论文在以吡咯为线性聚合物单体,植酸为交联剂,通过低温聚合,水热反应和高温碳化过程在石墨纤维表面包覆二维导电网络,有效地提高电极与电解液的接触面积,增加了反应位点数量,形成的多层网络有利于电极表的离子的扩散和电子的传导,同时多元素的掺杂能够提高电荷转移效率。充放电性能结果显示,改性后的电极在400 mA cm的大电流密度下仍然保持5.0 Ah L的放电容量,表现出优异的倍率性能。在250 mA cm的电流密度下,电池的过电位降低了44.8%,且电池稳定运行200次循环,能量效率表现出良好的稳定性。最后,本论文采用氧化石墨烯为二维平面骨架,植酸为交联剂,通过水热脱水反应,真空冷冻干燥和高温碳化等过程在石墨纤维间构筑三维电子-离子混合输运网络。三维导电网络有利于电极中电荷均匀的分布和较快的离子输运,电化学表征结果表示出较低的电荷转移阻抗,高的电极反应可逆性,较快的电子传导能力和离子扩散动力。在350 mA cm的电流密度下,改性后的电极组装成电池的放电比容量仍然可以达到10.1 Ah L,且在200 mA cm的电流密度下,电池能够在稳定运行1000次循环后没有出现明显的能量效率衰退,显示出优异的倍率性能和超长循环稳定性。

关键词：全钒液流电池复合电极多级结构高倍率性能长循环稳定性

P2相锰基钠离子电池正极材料的结构调控及其电化学性能研究

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P2相锰基钠离子电池正极材料的结构调控及其电化学性能研究

作者：岳茹云燕山大学

学位级别：硕士

作为一种有前景的钠离子电池正极材料,P2相锰基材料由于成本低、理论比容量高和锰元素的环境友好性等优势,受到广泛的关注。然而,其实际应用仍然受到以下缺点的制约:Mn的Jahn-Teller效应、过渡金属离子的迁移和充放电过程中的连续相变... 详细信息

作为一种有前景的钠离子电池正极材料,P2相锰基材料由于成本低、理论比容量高和锰元素的环境友好性等优势,受到广泛的关注。然而,其实际应用仍然受到以下缺点的制约:Mn的Jahn-Teller效应、过渡金属离子的迁移和充放电过程中的连续相变。这会严重破坏材料的晶体结构,导致较差的倍率和循环性能以及电压衰减。针对上述问题,本文利用离子掺杂方法,有效地提升了材料的长循环稳定性和倍率能力。我们制备了一种高价态Nb掺杂的正极材料Na[NiCoMn]NbO,探究了铌离子的掺杂对材料电化学性能的作用。所制备的铌掺杂材料在0.5C倍率下循环200圈后的容量保持率为87.9%,甚至在2C倍率下循环500圈后仍可以达到68.4%。尤其是循环200圈后,铌掺杂材料的中值电压降(0.132 V)远小于对比样品(0.319V)。此外,其还具有良好的低温性能。结果表明,铌的掺入可以有效提升材料的循环稳定性,抑制循环过程中的电压降。这可能是由于铌掺杂后减少了过渡金属层中镍离子的迁移和锰离子的溶解,并在一定程度上抑制了相变。我们设计了一种低钠含量且高比容量的P2相锰基正极材料(NaCoMnO),并通过锌掺杂显著改善了其倍率性能。NaCoMnZnO在0.1C倍率下的初始放电容量为162.9 mAh g;甚至在10C的高倍率下,材料还可以提供64.7 mAh g的容量。锌掺杂还提高了层状结构的稳定性,进而改善了循环性能,其在0.5C倍率下循环100圈后的容量保持率达到88.7%。扩散动力学结果表明锌掺杂材料的钠离子扩散系数远高于未掺杂材料的。全部结果表明锌掺杂后材料的电化学性能明显提升,这是由于锌掺杂有效地抑制了充放电过程中Mn的Jahn-Teller畸变和材料的极化,从而稳定了材料的结构,提升了氧化还原反应的可逆性,加快了钠离子的扩散速率。

关键词： P2相锰基正极材料钠离子电池铌掺杂锌掺杂高倍率性能长循环稳定性

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钼基复合材料的制备及其电化学性能研究

钼基复合材料的制备及其电化学性能研究

作者：张小单太原理工大学

学位级别：硕士

随着化石燃料的速消耗引起的全球能源危机和环境污染问题,迫切需求开发清洁,可再生和可靠的储能和转换装置。超级电容器由于独特的性能,如快速充放电能力、长的循环寿命和高的功率密度等,有望在便携式电子设备和可再生储能装置中得到广... 详细信息

随着化石燃料的速消耗引起的全球能源危机和环境污染问题,迫切需求开发清洁,可再生和可靠的储能和转换装置。超级电容器由于独特的性能,如快速充放电能力、长的循环寿命和高的功率密度等,有望在便携式电子设备和可再生储能装置中得到广泛应用。然而,与可充电电池设备相比,低的能量密度阻碍了超级电容器的大规模应用。比电容和电压范围是影响超级电容器能量密度的重要因素,通过构建混合型非对称超级电容器可以提高超级电容器稳定运行的电压范围;另外,通过制备具有高比电容的电极材料来提高超级电容器的比电容。双金属钼基氧化物具有高的理论比电容、资源丰富和多种氧化态等优势,被认为是新型高效的电极材料。但是,由于钼基金属氧化物本征导电性差,导致其实际比电容达远远达不到理论值以及差的循环稳定性和倍率性能。因此,制备具有高比电容和优良循环稳定性的钼基氧化物对实现超级电容器高能量密度至关重要。本文主要通过金属原子掺杂构筑具有三维导电网络结构的钼基电极以及将碳材料与钼基氧化物复合形成复合电极的方式制备具有高比电容且长循环寿命的超级电容器正极材料。通过XRD、Raman、XPS、SEM、TEM等手段分析电极材料结构和形貌的变化,并结合其电化学分析研究金属原子掺杂和与碳材料复合对钼基氧化物储能的影响。另外,制备具有高比电容的碳球作为超级电容器的负极材料,与钼基电极材料构筑具有高能量密度的非对称超级电容器。具体研究结果如下:(1)通过共沉淀法制备了具有纳米棒结构的镍掺杂的钼酸钴(NiCoMoO)电极。研究结果表明,Ni/Co摩尔比对电极材料的形貌和赝电容特性产生较大影响。当Ni/Co摩尔比为1时,NiCoMoO电极获得最大比电容。电流密度为0.5 A/g时,比电容为651.7 F/g;当电流密度扩大至10A/g时,比电容仍能维持在最初电容的79%。组装的NiCoMoO//C非对称超级电容器功率密度最高能达到8000 W/kg,能量密度最高高达31.57Wh/kg。此器件在1 A/g电流密度下循环5000圈后,比电容保持率高达115%,表明其具有良好的循环稳定性。(2)通过溶剂热法制备了棒状的NiMoO/C复合电极材料,研究结果表明,NiMoO/C-50(NMO/C-50)复合电极表现出最优的电化学性能。在电流密度为0.5 A/g时,比电容最大高达887 F/g,甚至在10 A/g的大电流密度下,比电容仍高达712 F/g。组装的NMO/C-50//C非对称超级电容器,在功率密度为387.5 W/kg时,能量密度高达33.33 Wh/kg,甚至在15500W/kg的高功率密度下,能量密度仍高达15.5 Wh/kg。在1 A/g的电流密度下进行10000次充放电循环测试,比电容保持率达到75%,体现了良好的储能能力和循环稳定性。

关键词：超级电容器钼基电极材料碳球长循环稳定性

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锂离子电池正极材料锰酸锂电化学性能的研究

锂离子电池正极材料锰酸锂电化学性能的研究

作者：杨琪大连理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：锂离子电池锰酸锂镍掺杂长循环稳定性能量密度