錳基鋰離子電池電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、本文以電極材料形貌結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能為主線，探索兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)設(shè)計(jì)合成制備特殊形貌的基于錳氧化物的鋰離子電池電極材料，研究材料形貌與性能之間的內(nèi)在關(guān)系。以尖晶石錳酸鋰（LiMn2O4）最優(yōu)晶面生長(zhǎng)機(jī)理為依據(jù)，制備了尖晶石型LiMn2O4八面體微米單晶顆粒，詳細(xì)探究了其晶體生長(zhǎng)過(guò)程與機(jī)理，并討論分析了八面體單晶結(jié)構(gòu)形貌與其電化學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)。另一方面，本文通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功制備出內(nèi)核本體材料為氧化亞錳(MnO)、外殼包覆材料為

2、氮摻雜的石墨化碳層(C+N)的同軸納米管復(fù)合電極(MnO/C+N)。兩部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均體現(xiàn)了鋰電電極材料某些電化學(xué)性能可以通過(guò)結(jié)構(gòu)形貌設(shè)計(jì)得以提升。具體工作如下:
　　 (1)采用水熱法制備了單分散的尖晶石型LiMn2O4八面體微米單晶顆粒。合成的八面體表面均為[111]晶面，這種八面體形貌非常有利于錳酸鋰表面形成穩(wěn)定的抗腐蝕固態(tài)電解質(zhì)膜（SEI膜），使錳酸鋰尖晶石具有優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性，常溫循環(huán)300次可逆容量保持率為96.3％，

3、高溫(55℃)經(jīng)過(guò)300電循環(huán)后可儲(chǔ)鋰容量保持率達(dá)到88.7％;另一方面其八面體暴露[111]晶面的結(jié)構(gòu)為鋰離子的可逆脫嵌提供了快速直接的擴(kuò)散通道，使得八面體單晶材料具有優(yōu)秀的大電流充放電能力即倍率性能，在電流密度為1C（1 C=130 mA·g-1）下可逆電化學(xué)儲(chǔ)鋰比容量為108.4 mAh·g-1，當(dāng)電流密度加大至20 C時(shí)可逆儲(chǔ)鋰比容量仍可達(dá)到85.9 mAh·g-1。
　　 (2)采用簡(jiǎn)單原位生長(zhǎng)法制備了免粘接劑直接生長(zhǎng)

4、于銅箔集流體表面的氮摻雜碳包覆氧化亞錳納米管(MnO/C+N-NT)復(fù)合電極。其中復(fù)合電極材料中C、N質(zhì)量含量分別為9.48 wt.％、1.31 wt.％，在電流密度即倍率為1C（750 mA g-1）下，第二周實(shí)現(xiàn)了635.1 mAh·g-1的可逆放電比容量，所組裝半電池經(jīng)過(guò)200周循環(huán)后可逆比容量沒(méi)有出現(xiàn)衰減下降，且有所增加;14C可逆比容量高達(dá)363 mAh·g-1。MnO/C+N-NT具有良好的電化學(xué)性能主要應(yīng)歸功于C+N包覆層