稀土掺杂锂锰氧尖晶石锂离子电池正极材料

《稀土掺杂锂锰氧尖晶石锂离子电池正极材料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、浙江大学硕士学位论文稀土掺杂锂锰氧尖品石锂离子电池正极材料摘要锂离子电池是一种绿色、可充式的二次电源，其工作电压高、能量密度大，大量应用于手机、计算机等便携式设备。进一步提高电池性能和降低成本是锤离子电池发展的重点。LiMn204正尖晶石具有廉价、无毒、电化学容量较大等优点，被认为是取代昂贵、有毒性的LiC002的锂离子电池正极材料最佳候选材料之一。研究表明合成原料、原料的配比以及热处理制度是影响产物电化学性能的关键因素。本文在综述国内外锂离子电池LiMn204尖晶石材料的研究进展的基础上，以Li2C03与EMD为主要合成原料；采用高温固相合成法合成制备

2、了稀土元素掺杂锂锰氧尖晶石，同时结合XRD、FESEM、ICP和电化学性能测试等手段，研究了他们的结构、电化学性能以及两者之间的关系。研究发现，分段升温750℃保温20h并进行二次热处理合成的锂锰氧材料具有较标准的正尖晶石结构和较好的电化学性能；本文重点研究了稀士掺杂对锂锰氧结构及电化学性能的影响。研究表明：掺杂稀土元素La、Sm、Y合成的材料具有比较标准的尖晶石结构。电化学测试结果显示稀土元素掺入有效的提高了材料的循环性能。0．5C充放电被倍率下，LiMnl95Lao0504、LiMnI98Smo0204和LiMnl98Yo0204三种尖晶石的首次放电

3、容量分别为96mAb．／g、102mAh／g和104mAh／g，较LiMn204的116mAh／g低，但是循环性能显著提高。经过50个循环，LiMnl∞La00504和LiMnl．98Yo．0204容量保持率分别为87％和85．5％。LiMnl98Smo0204尖晶石经过100个循环后，容量保持率则为86．3％。分析认为稀土元素的掺杂可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定材料骨架结构的作用，更加有利于锂离子的迁移，从而有效提高了LiMn204的电化学可逆性和循环稳定性。在此基础上，本文利用晶体场理论分析了稀土掺杂尖晶石改善LiMn204循环性能的机理。在实验室

4、研究的基础上，另外合成的A13+，F‘协同掺杂锂锰氧尖晶石表现出了优良的电化学性能。A13+／F一的引入既提高了尖晶石的首次放电容量，也提高了锂锰氧尖晶石的循环性能。0．5C充放电被倍率下，LiMnI98AIo020398Fo02(vsLi)首次放电容量达到了120mAreg左右，经过100个循环放电容量仍然在100mAh／g以上。同时，LiMnl98A10020398Fo02／CMS系动力PLIB正极首次放电容量为105mAh／g，放电70循环容量保持率为87．3％。关键词：锂离子电池；固相反应；正极材料；锂锰氧尖晶石：晶体场理论：稀土掺杂；A13+仃

5、。；结构；电化学性能浙江大学硕士学位论文稀土掺杂锂锰氧尖晶石锂离子电池正极材料AbstractLithium-ionbatteriesaregreenandrechargeablesecondarypower，theyarewidelyusedinmobilephones，computersandotherequipments，duetohighworking—voltage，largeenergydensity．Theemphasesonlithium-ionbatteriesarefurthertoimprovetheirperformancesan

6、dreducetheircosts．Normalspinellithiummanganeseoxides，LiMn204isconsideredasapromisingcathodematerialforlithium—ionbatteries，foritsadvantagessuchaslowcost，lowtoxicity,andrelativelyhighenergydensity．TherecentdevelopmentsinnormalspinelLiMn204werereviewedonitscrystalstructureandproper

7、cies．Thelithiummagnatespinelsdopedrareearthelements，usedasthecathodeforLi—ionbatteries，weresynthesizedfromLi2C03andEMDbysolidstatereaction，andwerecharacterizedbyXRD，FESEM，ICPaswellaselectrochemicalperformancetesting．Thestructure，electrochemicalperformanceandthecorrelationsbetween

8、themwerealldiscussedindetailforthesedope