特殊形貌LiMn2O4的制备与包覆改性研究

题名	特殊形貌LiMn2O4的制备与包覆改性研究
作者	朱孔磊
学位类型	硕士
导师	李世友
答辩日期	2015
学位授予单位	兰州理工大学
学位名称	工学硕士
学位专业	化学工程
关键词	锂离子电池正极材料中空结构多孔微球结构锰酸锂包覆
摘要	锂离子电池因具有比能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和环境友好等特性受到广泛关注，正极材料的低性能是限制锂离子电池电化学性能的主要因素。尖晶石锰酸锂（LiMn2O4）因具有材料来源丰富、成本较低和环境友好的优点，成为极具应用前景的正极材料。但是普通尖晶石LiMn2O4的倍率性能还达不到一些应用领域的要求，而且其高温下循环容量衰减严重的问题也限制着它的应用。相对于普通微球状的LiMn2O4正极材料，中空结构和多孔微球结构的LiMn2O4正极材料都具有较大的比表面积和较短的锂离子传输通道，都可以达到提升材料倍率性能的目的。包覆改性是一种最常见的用于改善LiMn2O4正极材料高温循环性能的方式，且三氧化二铝（Al2O3）由于具有材料成本较低且包覆方法成熟成为比较常见的包覆材料之一。本论文采用共沉淀法分别制备了中空结构和多孔微球结构两种特殊形貌LiMn2O4正极材料，后对多孔微球结构的LiMn2O4正极材料进行了Al2O3包覆改性。首先，前期以氢氧化钠和碳酸钠混合溶液作为沉淀剂，采用共沉淀的方式制备得到了中空结构LiMn2O4正极材料，中空结构具有独特的空腔结构，可以提供较大的比表面积以及较短的锂离子传输通道，达到提升材料倍率性能的目的。中空结构的LiMn2O4正极材料在常温下，在0.2 C倍率下初始放电比容量为122.0 mAh g-1，经过100次循环后，其容量保持率可以达到97.5%，且在10 C倍率下的放电比容量可以达到84 mAh g-1。其次，以沉淀法制备了一种多孔微球状LiMn2O4正极材料，此材料保留了部分中空结构的空腔，在空腔内填充了一些LiMn2O4颗粒，且颗粒自由堆积形成了孔道结构，孔道结构和多孔结构可以促进电解液与电极材料的接触，提供较好的倍率性能。多孔微球状LiMn2O4正极材料在常温下，在0.5 C倍率下初始放电比容量为133.3 mAh g-1，经过100次循环后，其容量保持率可以达到84.2%；且在10 C倍率下的放电比容量可以达到90.9 mAh g-1。最后，对多孔微球状LiMn2O4正极材料进行了Al2O3包覆改性，选取了最佳的包覆量为3%（质量比）。包覆后的LiMn2O4材料在常温下，在0.5 C倍率下初始放电比容量为129.6 mAh g-1，经过100次循环后，其容量保持率可达到98.8%；在55 oC时，以5 C倍率充放电，
其他摘要	Lithium-ion batteries have attracted widespread attention owing to their high specific energy density, long cycle life, no memory effect, and environmental friendly. Besides, the cathode electrode materials are the key parts which limit the electrochemical performance of lithium-ion batteries. Spinel LiMn2O4 is a promising cathode material due to its rich material source, low cost, and environmental friendly. However, the rate performance of common spinel LiMn2O4 unable to meet the requirements for some applications, and the severe degradation of circulating capacity at high temperatures has also limited its wide application. Compared with ordinary microspheres LiMn2O4 positive electrode materials, LiMn2O4 cathode materials with hollow and porous microsphere structure exhibit larger specific surface area and shorter Li+ ion transport channels, which can achieve the purpose of improving material rate performance. Furthermore, coating modification is one of the most efficacious ways to i
学科领域	化工新型能源材料技术
页数	56
语种	中文
学号	152081701002
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/103124
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	朱孔磊. 特殊形貌LiMn2O4的制备与包覆改性研究[D]. 兰州理工大学,2015.