磷酸锰锂及氧化锌片组装花状纳米结构的合成及其在锂离子电池上的应用

【摘要】锂离子电池电极材料的纳米化既有利于缩短锂离子的扩散路径,又有利于防止在充放电过程中因体积变化粉化引起的性能降低。本研究为了获得性能优异的锂离子电池电极材料,针对橄榄石型LiMnPO4正极材料和过度金属氧化物ZnO负极材料的片组装纳米结构的制备和电化学性能进行了系统研究,取得了以下重要成果：采用乙二醇溶剂热制备出了具有优良电化学性能的片组装哑铃花状LiMnPO4纳米材料。研究了不同水/乙二醇比例、反应温度、反应时间、乙酸根离子等对合成LiMnPO4颗粒尺寸和形貌的影响。发现乙二醇溶剂和乙酸根离子的引入对LiMnPO4片组装哑铃花状纳米结构的合成起着关键作用。由于乙二醇和乙酸根离子的选择性吸附,具有层状橄榄石结构的LiMnPO4结晶为片状,进而自组装为哑铃花状纳米结构。以纯乙二醇为溶剂、在230℃条件下,溶剂热反应56h以上得到的哑铃花状结构的LiMnPO4材料具有最好的结晶性和最大的比表面积,因而碳包覆后表现出优异的电化学性能,在0.05C电流倍率下首次放电容量为为122.29mAh/g,100个循环之后容量仍然保持了91.55%。在柠檬酸钠的辅助下,以四甲基铵或氢氧化钠为矿化剂,分别实现了ZnO片组装花状纳米结构的合成。研究了TAMH、NaOH和柠檬酸钠对合成ZnO纳米结构形貌的影响,发现四甲基铵和柠檬酸钠引入的有机离子在(-1-120)的选择性吸附,导致了ZnO纳米片的形成。为了降低体系能量,ZnO纳米片自组装形成花状纳米结构。协同四甲基铵和柠檬酸钠的作用合成的ZnO花状纳米结构自组装单元ZnO纳米片最薄,有利于Li+离子的脱嵌扩散,因而具有更加优异的电化学性能,覆碳后在0.5C电流倍率下首次放电容量为1239mAh/g,30个循环之后容量仍然保持为381mAh/g。
【作者】李峰；
【导师】徐刚；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】锂离子电池；磷酸锰锂；氧化锌；碳包覆；溶剂热；

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