锂离子电池正极材料LiMN204的改性及其电化学性能的研究

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锂离子二次电池就在人们期望创造环境友好,资源节约,持续和谐的社会的呼声中,应运而生,并以其优秀的电化学性能逐渐获得人们的认可,广泛应用于电子电器产品、交通用具电源、航空航天备用电源、军事装备以及储能装置等诸多的方面。在如今的电池发展中,负极材料随着一次重大的变革,其发展已走到了正极材料的前面,所以在现阶段的发展中,锂离子电池的发展速度直接的取决于正极材料的发展速度。目前,已经商业化的锂离子电池中,主要还在使用LiCoO2,而LiCoO2材料对环境污染大,资源也不够充足,成本很高,使得锂离子电池的发展进入瓶颈期,寻找更好的正极材料来代替LiCoO2已成为了必然的趋势,笔者也有幸为此尽一份力,对目前锂离子电池正极材料研究最为热门,也是最有希望的成为替代LiCoO2的新的正极材料—LiMn2O4进行简单的改性研究。   在本文的头一章,对锂离子电池的发展状况做了分析和总结,并简单的介绍了锂离子电池的工作原理,以及锂离子电池目前的应用状况,然后对几种最常见的正极材料进行了简单的说明,同时也引出了碳纳米管,并对碳纳米管进行了简单的介绍,最后概述了本次论文研究的内容。   第二章主要是介绍了这次试验中,用到的材料,仪器设备,加工工艺,以及所使用到的检测和分析的方法。   在第三章中,对碳纳米管进行了提纯的工艺进行研究,我们发现,微波处理可以去除CNTs中的杂质非晶碳,酸处理可以去除掉制备过程中残留的金属催化剂杂质等,经过这些手段处理后的碳纳米管纯度可达97%以上。然后,又通过交叉对比的方式,对各种分散处理工艺进行了分析和对比,研究表明,球磨工艺可以控制CNTs的长径比,气流分散可以使得CNTs分散的更加彻底等。   在第四章中,用CNTs作为碳源,对LiMn2O4进行了碳包覆改性研究。研究表明,对材料的合成处理工艺和CNTs的加入量,对于CNTs在正极材料的表面的导电网格的形成都具有很大的影响。对于LiMn2O4来说,干法高速球磨合成工艺更有利于导电网格的形成,在掺入1%的CNTs的时候,导电网格形成的最好,其循环性能得到了显著的提高,循环衰减得到很好的控制。在以0.2C的倍率放电的条件下,虽然其初始放电容量由原来的125mAh/g下降到后来的117mAh/g,有了少许的下降,但是其容量的衰减仅仅10次循环就从原来的衰减9%直接的下降到了改性后的3%,容量衰减的速度明显减慢,而掺杂1%的碳粉容量衰减也有接近8%,远远高于掺杂1%的碳纳米管。
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