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锂离子电池作为新一代二次电池体系,具有高电压及高比能量的特性,最能满足便携式电子产品的小型化、轻量化要求,从而成为“3C”市场的主流。但是随着4G通信技术的发展,亟需发展更高比容量的电极材料来满足下一代锂离子电池能量密度的要求。因此,开发和探索新型先进储锂电极材料是当前锂离子电池领域的一个研究热点。本论文通过采用聚合热解法和低温溶剂热法对钻基、镍基正极材料复合氧化物和锰基复合氧化物负极材料进行了研究。主要结果有:
1.高容量LiCoO2的制备和性能研究
采用丙烯酸盐聚合热解法合成了亚微米级的LiCoO2材料。该材料表现出比商品LiCoO2材料更优异的电化学性能。当充放电截止电压为3.5~4.5 V时,材料循环50周后仍保持了其初始容量的85.6%,而商品LiCoO2材料容量仪剩约52.6%。比较材料循环前后的XRD衍射图,发现该材料循环50周后晶体结构未发生明显变化,晶格常数与循环前相比变化不大。而商品LiCoO2材料的晶格常数明显增大,表明材料的结构受到严重破坏。这一结果说明材料具有较小粒径,可以更好的减小材料在锂离子嵌入和脱出过程中的结构张力,提高材料结构稳定性,从而大大提高了材料的电化学性能。
2.高容量LiNi0.8Co0.2O2的制备和性能研究
同样采用丙烯酸盐聚合热解法合成了LiNi0.8Co0.2O2材料,并深入研究了煅烧温度和时间对材料结构、电化学性能的影响。通过XRD衍射图和SEM照片分析,得到的产物具有高的结晶度、有序的层状结构,粒径分布均匀,由直径约150 nm的亚微米级颗粒组成。在4.3~3.0 V电压区间进行测试,首周放电容量为189 mAh/g,循环50周后容量保持率为95.2%,显示出优异的电化学性能,充分表明采用聚合热解法合成的材料具有原料原子级均匀分布的优势,此方法极适合复合金属氧化物材料的制备。
3.新型负极材料纳米ZnMn2O4的制备和性能研究
同样采用聚合热解方法合成了四方ZnMn2O4纳米晶体,通过XRD和TEM表征分析表明所合成的材料具有高的结晶度和纯度,粒径分布在30-60 nm之间。在电流密度为100 mA g-1,电压范围为0.01~3.0 V下进行恒流充放电实验,材料初始容量为763 mAh g-1,循环50周后容量仍保持569 mAh g-1,从第十周到第五十周平均每周仅衰减0.20%,表现了很好的循环性能。
4.低温溶剂热制备花状超结构的ZnMn2O4及其储锂性能研究
采用溶剂热的方法合成花状的ZnMn2O4超结构。此方法工艺简单,反应温度低。XRD分析表明产物纯度高,结晶性好。100 mA g-1电流充放电循环50周后,容量仍保持626 mAh g-1。与聚合热解方法合成的ZnMn2O4相比,其稳定明显提高,这可能归因于其特殊的花状的三维超结构。进一步证明合成条件影响材料的结构和形貌从而更深远地影响材料的性能。