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【6h】

球状多孔LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4·LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2复合材料的制备及储锂性能的研究

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第一章 绪论

1. 1前言

1. 2锂离子电池概述

1. 3锂离子电池正极材料的研究进展

1. 4 正极材料常用的制备方法

1. 5 本课题的研究目的和主要内容

第二章 球形LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备及其电化学性能的研究

2. 1 引言

2. 2实验部分

2. 3 结果与讨论

2. 4 本章小结

第三章 多孔球形尖晶石LiMn2O4的制备与电化学性能研究

3. 1 引言

3. 2 实验部分

3. 3 结果与讨论

3. 4 本章小结

第四章 尖晶石包覆三元层状材料xLiNi0.5Mn1.5O4·(1-x)LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2(x=0.1、0.2、0.3)的合成与电化学性能研究

4. 1 引言

4. 2 实验部分

4. 3 结果与讨论

4. 4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的文章、专利及参与基金项目

声明

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摘要

传统能源材料的储量极为有限，并且在使用过程中释放的气体会持续危害环境，所以我们迫切地需要开发清洁、可再生的新能源。由于可再生的能源，如太阳能、风能和潮汐能等都是不连续的，所以我们就需要高效的储能设备来提供稳定的电流。锂离子二次电池是最合适的，为了满足电池高性能以及广泛应用的需求，正极材料的性能必须要改善。
　　三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LMO2)和尖晶石LiMn2O4(LMO)、LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)三种正极材料分别以高容量、低成本、高电压著称，但是它们也分别有倍率性能差、循环寿命短以及理论容量低等无法克服的缺点。在本文中，我们主要采用制备球状多孔材料和复合材料的手段来改善材料的电化学性能。首先将沉淀法合成的球形前驱体 Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2和MnCO3分别与一定量的LiOH·H2O或者Li2CO3均匀混合，然后通过高温固相反应合成球状多孔LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiMn2O4，最后我们通过乙醇法和高温固相法获得了复合材料LiNi0.5Mn1.5O4·LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNMO·NCM)。主要实验结果如下：
　　(1)首先通过氢氧化物共沉淀法制备出球状氢氧化物前驱体Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2，然后将其与一定化学计量的LiOH·H2O均匀混合，经过高温固相反应最终合成具有球状多孔形貌的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(S-NCM333)。为了实现对比，我们用溶胶凝胶法制备出普通颗粒状的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(C-NCM333)。将两种材料在同样条件下进行充放电测试，0.2C时的放电比容量分别为139mAh g–1、137.5mAh g–1，5C时的放电比容量分别80.3mAh g–1、66.1mAh g–1，1C倍率下循环50次后二者的容量保留率分别为95.4％和78.8%。这个结果表明球状多孔形貌能够改善材料的倍率性能和循环寿命。
　　(2)首先通过液相沉淀法合成出球形前驱体MnCO3，然后将其与一定化学计量的Li2CO3均匀混合，经过高温固相反应最终合成多孔球形尖晶石LiMn2O4(P-LMO)。为了实现对比，我们用溶胶凝胶法制备出普通颗粒状的尖晶石LiMn2O4(C-LMO)。同样条件下两种材料的充放电测试结果表明，0.1C时的放电比容量分别为133.8mAh g–1、132.3mAh g–1，8C时的放电比容量分别75.5mAh g–1、50.1mAh g–1，1C倍率下循环100次后二者的容量保留率分别为93.07%和83.12%，这个结果表明多孔球形形貌能够改善材料的倍率性能和循环寿命。
　　(3)用乙醇法在球状多孔LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的表面包覆一层尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4，制备成复合材料LiNi0.5Mn1.5O4·LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。为了实现对比，我们把LiNi0.5Mn1.5O4的质量比设定为0%、10%、15%和20%。在3-4.6V电压范围下将四组材料进行充放电测试，0.2C时四组样品的放电比容量分别为153.2mAh g–1、137.4mAh g–1、146.6mAh g–1和133.3mAh g–1，5C倍率下各组样品的放电比容量分别为50.5mAh g–1、63.9mAh g–1、71.7mAh g–1和61.1mAh g–1，1C倍率下循环50次后的容量保留率分别为66.34%、77.78%、89.66%和87.55%。这个结果表明，15%尖晶石LiN i0.5Mn1.5O4包覆的球状多孔LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料不仅拥有良好的倍率性能和循环寿命，而且还拥有较高的工作电压。

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