尖晶石型limn,2o,4材料的溶胶—凝胶合成及其性能的研究-study on sol-gel synthesis and properties of spinel limn, 2o, 4 materials.docxVIP

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2018-05-28 发布于上海
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尖晶石型limn,2o,4材料的溶胶—凝胶合成及其性能的研究-study on sol-gel synthesis and properties of spinel limn, 2o, 4 materials

上海交通大学硕士学位论文杨青尖晶石型LiMn20材料的溶胶-凝胶合成及其性能的研究摘要与层状化合物LiCo02和LiNi02相比，尖晶石型LiMn204材料具有价格上和环境保护方面的优势9成为当前铿离子电池材料的研究热占。高温固相合成的LiMn204往往含有杂质、形貌不规则、颗粒较大、粒度分布不均匀、导电性和可逆性较差。相比之下，采用低温合成特别是溶胶一凝胶法可以制备出高性能产品，该产品具有较好的形貌和微观结构。本文试图探讨用溶胶一凝胶合成新的尖晶石型LiMn204材料，以提高理离子蓄电池正极材料的性能，并研究了所合成的尖晶石型LiMn204材料，考察了其性能、合成条件对电化学性能的影响，高温下的性能衰退以及不同掺杂离子对尖晶石LiMn204材料性能的影响。这不仅在铿离子蓄电池的理论研究方面p而且在实际应用方面都有积极的意义。我们的研究发现:1.溶胶一凝胶法可以合成产品形貌和微观结构优良的尖晶石型LiMn204材料。通过研究不间合成条件对产物性能的影响，确定尖晶石型LiMn204最优的溶胶-ì疑胶合成条件为:以硝酸理，醋酸链和拧橡酸为原料;Li/Mn比为0.51:1;整合剂与金属埋筒离子的比例为1上海交通大学硕士学位论文杨青2:1.溶胶一凝胶合成前体溶胶过程中的pH值为6;前体经过5小时研磨;t段烧温度750oC，1-)才问18小时;所合成产物的晶体较完整，品粒较大，放电容量和循环性能较好。2.高温下LiMn204的电化学容量衰减更迅速，少许过量惶不仅可提高常温循环性，也能改善高温循环性。3.掺杂过渡金属元素(如钻和饥)可以有效改善尖晶石的循环性能。而通过溶胶-i娱胶法可以合成晶体结构较好的掺杂离子尖晶石型铿钮氧化物。4.样品的晶体结构分析结果表明，尖晶石埋锚氧化物掺钻后晶胞常数变小，原子间键长变短，体积缩小。充放电实验结果表明，掺杂金属元素钻，可以提高尖晶石埋锺氧化物的循环性能。掺钻量越大，循环稳定性越好，但初始容量降低越大。5.在溶胶一凝胶低温合成中加入适量偏机酸按可以得到尖晶石型LiVxMn2-X040实验表明，掺入饥可以改善尖晶石型的电化学性能。随掺钊量的增加，合成电极材料的百J逆lli逐渐增强，当掺入饥为10%时，尖晶石型LiVxMn2-XO材料的可逆性最好。当掺饥量为5%时，尖晶石型LiV且Mn2-队的比容量最大。掺$凡量在5%至10%之间时，对尖晶石型LiVxMn川04材料的电化学性能最有利。关键词z铿离子蓄电池，正极材料，尖晶石，溶胶一凝胶法2上海交通大学硕士学位论文杨青TheSynthesisandtheStudyofSpinelLiMn204AbstractComparedwithlayeredcOlnpoundsLiCo02andLiNi02，spinelLiMn204ìsthemostpro111isingcathodematerialsusedinLithiumionbatteriesbecauseofitslowcostandacceptableenvironmentalcharacteristics.Asthemethodforpreparingspinellithiummanganeseoxide，solidreactionmethodisnotthegoodmethodbecausethestructuremorphology，particlesizeandelectroche时calprope町oftheproductarenotsatisfactory.Comparedwithsolidreactionmethod，high-qualityproductscanbepreparedbysol-gelll1ethod，bywhichtheproductshavegood111icro-structureand11lorphology.1nthispaper，st创.1dardspinelLiMn204wassynthesizedbyusingasol-gelprocessinordertoilnprovethepropertyoftheproductLiMn204?TheelectrochemicalpropertyandthecapacitylossofthespinelLi心1204ate)evatedtemperatures飞;verestudiedaswellastheeffectofdopedelementontheperfonnanceandstructureofthesynthesizedproduct.ThiswilldobenefittobothRDandapplicationofLi-ionbattery.Accordingtothestudy、wefoundout:3上