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前躯体的处理对锂离子电池正极材料LiNi_（0.5）Mn_（1.5）O_4电性能的影响

作　者: 代冬梅
导　师: 常照荣
学　校: 河南师范大学
专　业: 物理化学
关键词: LiNi0.5Mn1.5O4 正极材料 锂离子电池 高密度 共沉淀法
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


在锂离子电池正极材料中,LiNi0.5Mn1.5O4因其价格低廉、比容量大、放电电压高、对环境无污染、循环性能好等优点而倍受人们的青睐。本文在调研锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的研究进展的基础上,针对材料目前存在的问题进行了探索,取得了很有意义的成果。主要内容包括:1、高密度前驱体的制备:通过二次干燥共沉淀法制备了高密度的锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的前驱体。并分别从反应物的浓度、聚沉剂的加入方式、虑饼含水量和烘干方式等几个方面对影响前驱体的振实密度的参数进行了优化,找出了最佳制备高密度前驱体的条件。该实验结果为合成高密度的锂离子电池正极材料提供了重要的参考。此外,我们对前躯体的成份进行了化学分析,以保证材料中镍、锰的比例为1: 3。2、前驱体的氧化、还原处理对材料性能的影响:采用二次干燥共沉淀法制备出材料的前驱体,并在制备过程中通过添加还原剂（水合肼）和氧化剂（H2O2）进行处理,研究比较了前驱体的氧化还原处理对所制备的锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的结构和电化学性能的影响。实验结果显示:还原剂处理的样品具有较高的比容量和较好的循环性能及倍率性能,而氧化剂处理的样品的电化学性能非常差。3、钠离子的含量对材料性能的影响:在用共沉淀法经二次干燥制备LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的前驱体时,通过添加水合肼和H2O2,研究比较Na离子的含量对制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4结构和电化学性能的影响。并用NH4HCO3和LiOH·H2O代替NaOH制备的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料与还原剂保护的材料进行比较,XRD与SEM图进一步证明Na离子的含量对材料结构的影响。电化学性能测试的结果表明:Na离子的含量越少样品的比容量就越高、大电流下放电及循环性能就越好。研究结果说明在共沉淀制备镍、锰氢氧化物前躯体的过程中,如果能减少Na离子的含量,就可得到纯净和晶体发育完整的尖晶石结构,从而提高材料的电化学性能,尤其是高倍率性能。4、材料的高温性能研究:检测了不同LiNi0.5Mn1.5O4材料高温（55℃）条件下的电性能,并与常温下的电性能进行了比较。结果发现水合肼处理前驱体的材料在高温下具有较高的比容量和较好的循环性能（50个循环内比容量基本不衰减）。实验结果表明该材料具有较好的耐高温性能,有望减少锂离子电池在高温的条件下容易出现的安全性问题。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 合成方法研究进展  12-14
    1.1.1 固相法  12
    1.1.2 流变相反应法  12-13
    1.1.3 溶胶凝胶法  13
    1.1.4 共沉淀法  13-14
  1.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 改性的研究  14-16
    1.2.1 金属离子的掺杂  14-15
    1.2.2 阴离子掺杂  15
    1.2.3 表面包覆  15-16
  1.3 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 的容量衰减的因素  16
  1.4 锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 目前存在的问题  16-19
    1.4.1 制备方法  17
    1.4.2 热稳定性与安全性  17
    1.4.3 其他存在的问题  17-19
第二章 高密度LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4前躯体的制备及成份的分析  19-25
  2.1 高密度LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 前躯体的制备  20-23
    2.1.1 实验部分  20
    2.1.2 结果与讨论  20-23
  2.2 前躯体的成份分析  23-24
  2.3 结论  24-25
第三章 添加氧化剂(H202)和还原剂(水合肼)对锂离子电池正极材料 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 的比容量和电性能的影响  25-37
  3.1 实验部分  25-27
    3.1.1 试剂与仪器  25-26
    3.1.2 前驱体的制备与处理  26
    3.1.3 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 的制备  26
    3.1.4 X 射线光电子能谱实验  26
    3.1.5 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 样品的电化学性能测试  26-27
    3.1.6 样品结构和形貌表征  27
  3.2 结果与讨论  27-35
    3.2.1 XPS 的分析  27-29
    3.2.2 样品的XRD 物相分析  29-31
    3.2.3 样品颗粒形貌  31-33
    3.2.4 电化学性能测试  33-35
    3.2.5 循环伏安测试分析  35
  3.3 结论  35-37
第四章 Na 离子的含量对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电性能的影响  37-49
  4.1 实验部分  37
  4.2 结果与讨论  37-48
    4.2.1 XPS 与ICP 的测试  37-39
    4.2.2 样品的XRD 物相分析  39-43
    4.2.3 样品颗粒形貌  43-44
    4.2.4 电化学性能测试  44-46
    4.2.5 循环伏安测试分析  46-48
  4.3 结论  48-49
第五章 添加还原剂(水合肼)与不加的样品在常温与高温(55 ℃) 电性能的比较  49-55
  5.1 实验部分  49-50
    5.1.1 前驱体的制备与处理  49-50
    5.1.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 的制备  50
    5.1.3 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 样品的电化学性能测试  50
    5.1.4 样品结构和形貌表征  50
  5.2 结果与讨论  50-54
    5.2.1 样品的XRD 物相分析  50-51
    5.2.2 样品颗粒形貌  51-52
    5.2.3 电化学性能测试  52-54
  5.3 结论  54-55
结论与展望  55-57
参考文献  57-63
附录A 实验所用主要试剂  63-64
附录B 实验所用主要仪器及设备  64-65
攻读学位期间发表的学术论文目录  65-66
致谢  66-67

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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