部分锂离子电池材料的制备与电化学性能

【摘要】LiMn2O4正极材料具有工作电压适中、无污染、资源丰富等优势，是一直被广泛应用和研究的材料，LiMn2O4的唯一缺陷就是稳定性仍不理想，本文选之作为研究对象，希望通过元素取代的方法改善其循环稳定性；三维纳米结构的TiO2制备工艺简单、结构稳定、使用安全，可以满足微机电系统（MEMS）对微型电源的要求，因此也是本文的研究对象；此外，我们还初步尝试了以下两个方向的研究：商业化天然石墨负极材料的等离子体处理及LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2样品的后处理。主要工作如下：1、LiMn2O4材料的改性研究（1）通过一步高温固相法（900℃）合成样品Li1-xNaxMn2O4（x=0-0.10），研究部分钠取代后材料的电化学性能。结果表明：纯的LiMn2O4电极的循环性能很差，Na取代以后，电极的循环性能得到改善；随着Na含量从0-0.06增加，电池的容量衰减变得缓慢，当x=0.06时，样品的容量保持率最好。（2）基于上一步的改性效果，我们优化了合成温度及Na的取代量。先预烧（470℃,10h）再煅烧（750℃,20h）合成了Li1-xNaxMn2O4（x=0，0.03，0.06，0.10）材料。Li+被Na+部分取代后，颗粒尺寸变小。常温下材料的循环性能得到改善。材料的高温循环性能和倍率性能也得到改善。综合考虑，当x=0.06时，样品的性能最优。（3）采用高温固相法合成Li1-xKxMn2O4（x=0，0.06，0.10）材料，研究部分钾取代后材料的电化学性能。常温下部分K取代以后材料的首次放电比容量增大，容量保持率得到改善。同时，材料的高温循环性能和倍率性能也得到改善。（4）基于前面的工作，对Na取代量为x=0.06的Li0.94Na0.06Mn2O4材料进行了进一步改性。一种方法是用不同质量分数的La/Ce氧化物（1wt%，2wt%，5wt%）对Li0.94Na0.06Mn2O4材料进行改性。倍率性能测试表明，La2O3改性后材料的电化学性能没有得到明显改善；CeO2改性后的材料在小倍率下的电化学性能没有得到改善，但在10C下放电时，容量改善明显。另一种方法是通过Al取代Mn，初步研究了Al部分取代Mn后的Li0.94Na0.06Mn2-xAlxO4(x=0，0.05，0.10)系列材料的电化学性能，结果表明：Al取代改善了Li0.94Na0.06Mn2O4材料的循环稳定性。2、采用涂膜法制备天然石墨负极极片，然后对极片进行表面等离子体处理，研究这种表面处理对极片电化学性能的影响。处理气氛分别为氧气（O2）、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸（AA）。结果表明，采用等离子体处理的方法可有效改进天然石墨制备的负极极片的有效容量。3、选取不同温度900℃、930℃、950℃、980℃、1000℃合成的商业化的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料为对象，研究了不同温度合成对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料电化学性能的影响。充放电曲线与循环性能曲线表明，900℃、930℃合成的样品初始放电容量高，但循环性能较差；980℃、1000℃合成的样品初始放电容量低，但循环稳定性好。我们对900℃合成的样品进行后处理（900℃煅烧48h），不同截止电压下的充放电测试结果表明，后处理可以改善样品的循环稳定性。4、采用电解方法合成了TiO2纳米管阵列电极，研究了其电化学性能。合成材料中包含锐钛矿型TiO2和Ti单质两相物质。制备的二氧化钛纳米管正面呈圆孔状排列，侧面呈管状规则排列。材料经过6000次循环后，相结构保持不变，管壁的厚度增加，容量降低非常小。
【作者】孙丰霞；
【导师】徐艳辉；
【作者基本信息】苏州大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】锂离子电池；锰酸锂正极材料；二氧化钛纳米管；电化学；

【参考文献】
[1]张岩江.PaaS云平台能力组件通用框架的设计与实现[D].北京邮电大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[2]卫耿源.70B变速箱阶比谱知识库特征分析与研究[D].合肥工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[3]韩佳冬.永川豆豉蛋白水解产物与黑色素形成机理的研究[D].西南大学,农产品加工及贮藏,2013,硕士.
[4]苏乐,韦春,付俊,王武,韦景亮,黄孝华,吕建.热致性液晶/氧化石墨烯/酚醛树脂复合材料的力学性能与摩擦性能研究[J].化工新型材料,2015,02:108-110.
[5]牛聪.不同全身麻醉方法对剖宫产术中新生儿及产妇的影响[D].河北医科大学,麻醉学,2014,硕士.
[6]何斌.3G移动通信系统中KASUMI算法的密码芯片和加密卡研制[D].西南交通大学,计算机应用技术,2003,硕士.
[7]陈彪.双轴荷载作用下SRC柱抗震性能及正截面受压承载力研究[D].西安建筑科技大学,防灾减灾工程及防护工程,2013,硕士.
[8]李丽娜.华东风电分析和储能容量配置方法研究[D].浙江大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[9]韩涵.高强度间歇和中强度持续训练对青年肥胖女性体脂分布的影响[D].河北师范大学,运动人体科学,2014,硕士.
[10]徐丽燕.视频压缩中运动估计算法的研究[D].浙江大学,电路与系统,2004,硕士.
[11]程奕鹏.基于iOS的企业用户自助系统的设计与实现[D].北京交通大学,2013.
[12]苗延花.通往自由之路：从柏格森的生命哲学视角对《天黑前的夏天》主题解读[D].首都师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[13]韩福东.碳基锂离子电池负极材料的制备及其性能研究[D].山东大学,2012.
[14]刘锋.我国证券市场的混沌与分形研究[D].东北财经大学,统计学,2003,硕士.
[15]李然.论福费廷业务在我国商业银行的发展[D].中国社会科学院研究生院,金融学,2003,硕士.
[16]吴新天.非小细胞肺癌中HIF-1α、VEGF和TGF-β1表达及其临床意义[D].广西医科大学,肿瘤学,2013,硕士.
[17]李丹杰,祝嘉政,王建黎.离子液体桥连的聚苯乙烯负载型2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物催化剂的稳定性[J].工业催化,2014,08:586-590.
[18]许嫔,魏福祥,张尚正,何礼,刘亚芹,闫珂.石墨烯/聚苯胺复合膜修饰玻碳电极测定多巴胺[J].河北科技大学学报,2014,02:139-143.
[19]李健.Z公司跟随战略优化研究[D].华东理工大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[20]李刚.光伏并网配电系统保护的研究[D].辽宁工业大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[21]云秀璞.房地产价格波动与房地产信贷关系的研究[D].内蒙古大学,金融学,2014,硕士.
[22]王波,荣朝和.以资本运营和产权重构推动中国铁路发展[J].综合运输,2015,02:16-21.
[23]包万威.锡林电网发电企业提高经济效益对策研究[D].华北电力大学（河北）,电气工程,2004,硕士.
[24]姜洋.抗阻训练对衰老小鼠肝脏AMPK/SIRT1/NF-kB信号通路介导的炎症反应的影响[D].华东师范大学,运动人体科学,2013,硕士.
[25]雷宇霆.机动车侵权损害赔偿社会化研究[D].华中科技大学,民商法,2013,硕士.
[26]宫治军.低碳港口全生命周期评价体系研究[D].大连理工大学,港口、海岸及近海工程,2013,硕士.
[27]张学瑞.风力发电机组齿轮箱监测与故障诊断技术研究[D].沈阳工业大学,机械工程,2013,硕士.
[28]潘菠.孝感市综合高级中学信息技术与历史教学整合现状调查与思考[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[29]李琼妹.中小学环境教育的反思与发展策略[D].广西师范大学,教育,2003,硕士.
[30]甘心孟.关于全社会安全生产责任制的探讨[J].中国安全科学学报.2001(04)
[31]陈明.直播水稻群体生产力的形成特点及其品种类型差异研究[D].扬州大学,生态学,2012,硕士.
[32]闵星.基于投资机会集的我国上市公司现金持有价值研究[D].南京航空航天大学,会计学,2013,硕士.
[33]南春实.高分散负载型Pd基贵金属纳米催化剂制备、结构及其性能[D].北京化工大学,化学,2013,硕士.
[34]李拔.烧结NdFeB电镀Zn-Fe合金添加剂和耐蚀性能研究[D].中国地质大学（北京）,材料科学与工程,2014,硕士.
[35]李进.面向快速制造的车间调度策略研究[D].南京航空航天大学,机械电子工程,2004,硕士.
[36]凌松涛,丘庆球.50Hz相敏轨道电路调整的新方法[J].铁道通信信号.2008(07)
[37]古正涛.线粒体途径介导热打击诱导人脐静脉内皮细胞凋亡的研究[D].南方医科大学,急诊医学（专业学位）,2014,博士.
[38]孙平.N_2O-D_2O范德瓦尔斯复合物的中红外光谱[D].华中师范大学,光学,2014,硕士.
[39]李怀.基于Cr(Ⅲ)回收的制革废水及铬泥处理技术研究[D].哈尔滨工业大学,2014.
[40]任锋.中山移动WLAN业务的营销策略研究[D].电子科技大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[41]陈莉莉.大连港港口代际演化规律及机理研究[D].大连海事大学,物流工程,2012,硕士.
[42]刘钊.装载机用发动机与液力变矩器匹配及评价指标研究[D].长安大学,机械电子工程,2013,硕士.
[43]王志刚.鸳水联吟社研究[D].苏州大学,中国古代文学,2013,硕士.
[44]解磊.基于差分进化算法的天线及定向耦合器优化设计技术[D].西安电子科技大学,电磁场与微波技术,2012,硕士.
[45]褚晨亮.穿心莲药材的化学成分和质量控制研究[D].广东药学院,中药学,2013,硕士.
[46]陈莉莉.明清扬州地区家族研究[D].苏州大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[47]张仲敏.蟒脂及蟒脂痔宁膏质量标准的提高[D].广州中医药大学,中药学,2013,硕士.
[48]陈智锟.侨乡妇女涉外婚姻研究[D].福建师范大学,社会学,2013,硕士.
[49]赵炜.社会组织在群体性事件治理中的作用和影响[D].河北师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[50]宋瑞璇.反潮流英雄？国家话语与个人记忆中的女知青典型[D].复旦大学,史学理论及史学史,2012,硕士.