论文部分内容阅读
锂离子电池作为储能材料被用于手机、照相机、手提电脑、电动车及混合动力汽车等领域。其中，锂离子电池的正极材料在其结构中占有举足轻重的地位。锰系氧化物锂盐正极材料因为其工作电压高，原材料丰富，价格便宜，安全性好，环境友好等优点，得到了广泛关注，在动力汽车等市场的具有很高的应用前景。但由于其较低的比容量，使用过程中容量衰减和循环性能差等原因，使其应用受到了一定的限制。通过阳离子取代锰离子的位置，对氧化锰锂进行掺杂形成固溶体，是提高氧化锰锂材料循环性能的重要方法。本论文采用共沉淀法，主要通过三种阳离子对锰酸锂进行了改性研究。利用X射线衍射仪（XRD），扫描电子显微镜（SEM）对材料晶体结构、表观形貌和化学成分进行了分析表征，以分析晶体的结构变化，颗粒的尺寸与形貌改变对材料性能的影响，从而优化材料的电化学性能；采用恒电流充放电测试技术对其电化学性能进行测定分析，探索最佳元素掺杂量。（1）通过研究锂离子对氧化锰锂的影响可以发现，随着锂离子含量的减少，其晶体结构会发生明显的变化，正极材料的物相发生改变。随着锂离子含量的减少，材料的放电容量呈下降趋势，充放电电压平台逐渐清晰。Li1.15Mn2O4材料为层状-尖晶石型复合材料，即0.09Li2MnO3·0.91LiMn2O4，材料表现出良好的电化学性能，其结构中的Li2MnO3在充放电过程中能稳定尖晶石结构，使材料表现出良好的电化学稳定性。（2）通过研究镍离子对锰酸锂的影响可以发现，镍离子的加入会使尖晶石结构发生细微的变化，材料的晶格收缩。镍离子的掺入可以细化晶体颗粒大小，提高材料颗粒的均一性，进而减小了锂离子的扩散路径，提高其高倍率放电性能，但是较小的颗粒对循环性能影响较大。镍离子的加入能明显提高材料的放电电压，使材料具有较高的比功率。（3）通过研究钴离子对锰酸锂的影响可以发现，钴离子的掺入可以明显的改变晶体的微观形貌，使得晶体生长时按一定的方向优先生长。当钴的掺杂量达到0.1时，Li1.15Mn1.9Co0.1O4材料呈规则的正八面体，具有良好的电化学性能，钴离子的加入会对锰酸锂材料的容量有明显的损耗，但对其循环性能有一定的改善。在循环充放电过程中，Li1.15Mn1.9Co0.1O4的放电容量分为大致三个阶段，上升，保持，略微下降，晶体结构中钴离子的加入能提高材料结构的稳定性，使其在使用过程中表现出较稳定的电化学性能。