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![微納結(jié)構(gòu)LiMn2O4的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf_第1頁](https://static.zsdocx.com/FlexPaper/FileRoot/2019-3/14/17/474c609c-67db-4203-be83-0c2fee1702a1/474c609c-67db-4203-be83-0c2fee1702a11.gif)
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文檔簡介
1、提高電化學(xué)性能和降低電極材料的成本一直是鋰離子電池的主要研究方向。尖晶石型LiMn2O4具有原料豐富、成本低、安全性高、環(huán)保等優(yōu)勢,被認為是最具有應(yīng)用潛力的鋰離子電池正極材料之一;但是LiMn2O4材料容量衰減快、比容量低等缺點一直制約其發(fā)展。因此,探尋新的合成及改性方法成為尖晶石錳酸鋰材料研究的關(guān)鍵。微納結(jié)構(gòu)材料同時具有納米尺寸的一次顆粒,和微米尺寸的二級結(jié)構(gòu),既保留了納米材料的優(yōu)勢,又具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,應(yīng)用于鋰離子電池正極材料具
2、有明顯的優(yōu)勢。本論文制備了兩種具有微納結(jié)構(gòu)的尖晶石型LiMn2O4,并研究其電化學(xué)性能。得到如下結(jié)論:
以MnSO4、(NH4)2S2O8為原料,AgNO3為輔助劑,水熱合成微納結(jié)構(gòu)MnO2。通過調(diào)節(jié)AgNO3的添加量和反應(yīng)時間來控制產(chǎn)物的晶型、形貌和粒徑,結(jié)合XRD、SEM、TEM等分析手段對前驅(qū)體進行了表征。研究結(jié)果表明Ag+的添加量為0.01mmol,水熱反應(yīng)時間為10小時得到了具有海膽形貌中空結(jié)構(gòu)的MnO2微球,其物相
3、純度高、尺寸均勻、結(jié)晶性好;將上述合成的MnO2作為前驅(qū)體,以LiOH·H2O為鋰源,通過控制焙燒溫度,獲得了雙殼中空的尖晶石LiMn2O4微球。該LiMn2O4材料結(jié)晶度高、一次顆粒為納米尺度,用作鋰離子正極材料表現(xiàn)出了優(yōu)越的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性:0.2C放電容量可達125 mAhg-1,100次循環(huán)以后還能達到119 mAhg-1,容量保持率為95%;遠高于同樣條件下商品MnO2燒結(jié)得到的LiMn2O4的電化學(xué)性能;
以M
4、nSO4、NaClO3為原料,水熱合成γ-MnOOH。實驗結(jié)果表明,PVP能夠顯著影響材料的晶體成核和生長,因而對控制產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌具有重要的作用。通過控制水熱反應(yīng)時間,添加適量的PVP(15mmol),首次成功地合成了具有多縫隙管壁的γ-MnOOH納米管。以合成的γ-MnOOH材料作為模板,燒結(jié)得到了管狀的LiMn2O4,其管壁由納米顆粒疏松粘接而成。其電化學(xué)性能優(yōu)于相同條件下合成的納米棒狀結(jié)構(gòu)的LiMn2O4材料。其0.1C和2C
5、下的放電容量分別為128.8 mAhg-1和106.9 mAhg-1,顯示了較高的放電容量和較好的倍率性能;
中空微納結(jié)構(gòu)的LiMn2O4材料具有獨特的電化學(xué)性能優(yōu)勢:其納米尺寸的一次顆粒效地縮短了鋰離子的擴散路徑;納米結(jié)構(gòu)較大的比表面積,增加了正極材料/電解液多相反應(yīng)的場所,從而獲得更高的放電比容量和較好的倍率性能;一次納米顆粒之間的空隙可以有效地緩沖鋰離子脫/嵌過程中的體積效應(yīng),提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。因此,這類具有特殊微
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