一、球磨处理尖晶石相LiMn_2O_4的结构及性能（论文文献综述）
丁夏楠[1]（2020）在《高性能锂离子电池电极材料的静电纺丝技术制备与改性》文中指出随着电动汽车行业的蓬勃发展,人们对动力电池的需求也日益提高,高性能电池材料的制备与改性研究也越来越受到关注。传统的电池制备与改性途径已经日趋成熟,新兴技术在高性能锂离子电池材料制备方面的研究也越来越多。其中静电纺丝技术作为一种高效率、低成本的一维材料制备技术,具有成分可控,形貌可控的诸多优点,是目前备受关注的电池材料制备技术之一。本文成功采用静电纺丝技术实现了快速简便的纳米尺寸多元素掺杂电极材料的制备。通过正交实验研究了 Al、Ni元素掺杂量,煅烧温度及煅烧时间四个因素对锰酸锂材料诸多性能的影响规律,进而选择了优化的制备工艺,制备了 Al、Ni双元素掺杂的尖晶石型锰酸锂材料。Al、Ni双元素掺杂主要通过减小晶胞尺寸,提高Mn元素平均化合价,抑制Jahn-Teller效应提高材料的循环及倍率性能。制备的LiAl0.05Ni0.05Mn1.9O4材料在0.5 C下初始放电容量可达133 mAh g-1,循环400圈后容量保持率82%。55℃高温循环100圈容量可维持在102 mAh g-1。之后通过改进静电纺丝前驱体的预氧化工艺,实现了对电极材料尺寸和微观形貌的可控调节。首先通过优化的预氧化工艺,制备了含有耐热结构的预氧化纤维,这一中间产物可在氧化物微晶之间形成物理阻隔以实现产物晶粒的限域生长,最终形成由大量50 nm粒径晶粒组成的掺杂改性尖晶石锰酸锂材料。同时发现,预氧化前驱体的限域作用抑制了尖晶石锰酸锂材料易发生Mn元素溶解的（111）优势面的生长,使得最终产物形成类球状多面体晶粒,该材料在20 C大倍率充电/放电情况下循环1000圈,容量从105 mAh g-1下降至88 mAh g-1,表现出良好的倍率性能和循环性能。通过CV和PITT技术研究不同晶粒尺寸材料的表观锂离子扩散系数发现,细小晶粒的表观锂离子扩散系数有显着提高,且扩散系数与电池测试时的开路电压有规律性关系,在充放电平台处的扩散系数出现极小值。最后通过CVD与静电纺丝技术结合,制备了一维Si@C/CNF复合结构电极材料。首先通过CVD制备Si@C材料,发现900℃下具有粗糙褶皱表面碳包覆层的材料具有良好的循环稳定性倍率性能,这得益于碳包覆层较高的石墨化程度,以及表面褶皱结构对粘结剂在循环过程中所受拉应力的减缓。CVD温度900℃下制备的样品,其初始容量达2920 mAh g-1,循环300次后容量剩余926 mAh g-1,2 A g-1电流密度下容量依然2250 mAh g-1的放电容量。以此制备的Si@C/CNF材料表现出良好的循环性能,初始容量达到791 mAh g-1。循环100圈后容量剩余602 mAh g-1。
聂雪娇[2]（2020）在《废旧锂离子电池中LiMn2O4正极材料的再利用研究》文中研究说明锂离子电池在当今这个高度电气化的世界中占据非常重要的地位,并将继续引领技术创新。然而,锂离子电池的广泛应用会产生大量废旧电池,具有环境风险和资源利用价值双重特性。一方面,由于废旧的电池中含有多种重金属和含氟电解质,如果没有经过合适的处理随意释放到环境中,将会对人身体造成伤害,且对环境造成严重污染。另一方面,废旧锂离子电池中含有地壳中资源有限的金属,包括:Ni、Co、Mn、Cu、Li等,可以被回收利用,具有一定的资源价值。因此,废旧锂离子电池的回收吸引了学术界和工业界开发多种技术来使其风险最小化,获得利益最大化,最终实现“废物致富”。目前有两种方法处理废旧锂离子电池,分别为梯形利用和回收再生。往往很多正极材料具有较高的金属价值,相比于使用它们进行更廉价的储能,回收利用是更好的方式。同时,钠资源在地壳中储量丰富,并具有价格低廉且化学性质与锂相似的特点。钠离子电池被认为是最有潜力的锂离子电池替代者之一。本文以废旧LiMn2O4电池正极材料的回收与再利用为例展开研究,提出两种策略使回收的LiMn2O4实现再利用,具体如下:（1）回收的LiMn2O4作为正极活性材料直接用于钠离子电池,研究其电化学性能、结构演变和电极动力学特性。电化学测试结果表明,回收的LiMn2O4在钠离子电池中具有优异的储钠性能。具体表现为,电流密度为100 mA g-1（1.1 C）时,首圈放电比容量为90.7 mAh g-1,循环50圈后放电容量增至163.2 mAh g-1,循环200圈后容量保持率为97.6%。并且在20 mA g-1下,可逆容量高达176.3 mAh g-1。通过电化学分析和一系列非原位表征阐明在前50圈循环中容量的持续增加是由于Li+/Na+的脱出/嵌入导致的尖晶石结构向层状结构的演变造成的。此外,电极动力学研究结果表明,层状结构材料中离子扩散速度快于尖晶石结构。这项工作不仅揭示了尖晶石结构的LiMn2O4在钠离子电池中的结构演变规律,还提供了一种回收废旧锂离子电池的新策略,即将废旧的电极材料直接应用于下一代电池。（2）回收的LiMn2O4作为原料,通过固相-球磨法制备出高性能的Li0.25Na0.6MnO2（LNMO）材料,并将其作为正极材料用于钠离子电池中,研究其电化学性能和动力学特性。电化学测试结果表明,LNMO具有较高的比容量和优异的倍率性能。例如,电流密度为10、20、50、100、200、500 mA g-1时,LNMO的放电比容量分别为131.5、126.3、117.7、110.1、103.7、92.9 mAh g-1。当电流密度恢复至10 mA g-1时,放电比容量为128.8 mAh g-1,为初始容量的97.9%,表明离子的脱出/嵌入过程是可逆的。此外,采用不同扫速的循环伏安法研究LNMO电极的动力学过程,根据测试结果计算出LNMO的表观离子扩散系数为1.26×10-12cm2 s-1。由此可见,LNMO具有优异的动力学特性。这项工作的提出为其他废旧锂离子电池的回收与再利用提供新的思路。
高衍深[3]（2019）在《锰基氧化物纳米材料的合成与电化学性能研究》文中研究指明锰基氧化物作为锂离子电池的正极材料因其良好的电化学性能、制备成本低和无污染等优点引起了人们的广泛研究,其中以循环稳定性较好的尖晶石型LiMn2O4和理论比容量较高的层状LiMnO2为代表。本论文通过水热法和高温固相法制备了不同形貌的LiMn2O4和LiMnO2正极材料,通过XRD、SEM、HR-TEM、恒电流充放电、电化学交流阻抗（EIS）等测试手段对最终产物的晶体结构、形貌的形成机制和电化学性能进行了分析和探讨。首先通过水热法与高温固相法制备了球形LiMn2O4,研究了不同锂源对产物形貌和电化学性能影响;采用有机溶剂辅助水热法与高温固相法制备了立方体和球体的LiMn2O4,研究了有机溶剂的添加量对前驱体产物的形貌和最终产物电化学性能的影响;通过水热法合成了立方体和球体的层状LiMnO2正极材料,研究了水热温度对最终产物的形貌与电化学性能的影响;最后通过二次水热法合成了一维形貌的层状LiMnO2正极材料,研究了水热温度和还原剂的添加对LiMnO2的结构、形貌以及电化学性能的影响。
潘凯孟[4]（2019）在《锂离子电池锰酸锂正极材料的制备与改性研究》文中研究指明锂离子电池作为一种高效的储能技术,能够充分地实现对风能、太阳能、地热能和潮汐能等清洁可再生能源的转换、存储和运输,在保护环境的同时能够帮助解决日益严重的全球能源短缺问题。因此发展具有较高能量密度和功率密度的锂离子电池储能体系具有重要意义。尖晶石结构LiMn2O4正极材料具有工作电位（4 V vs.Li+/Li）较高,理论比容量高(148 mAh g-1),成本低廉,环境友好,以及锂离子三维扩散通道等突出优点,是一类理想的锂离子电池正极材料。然而LiMn2O4电极的循环性能较差,在高温条件下,容量衰减现象更为明显,限制了LiMn2O4正极材料的实际应用。本论文针对上述问题,在LiMn2O4材料的合成过程进行优化,利用离子掺杂和表面包覆手段对LiMn2O4进行改性研究,旨在获得电化学性能优异的LiMn2O4正极材料。具体的研究内容如下:（1）利用优化的烧结工艺制备LiMn2O4材料。通过采用双阶段烧结工艺,即先经过600℃预烧结后升温至700℃烧结10 h,制备得到的LiMn2O4样品结晶完整,颗粒尺寸为亚微米级,大小均一,电化学性能优异。在0.5C的电流密度下首周放电比容量为125.2 mAh g-1,常温循环200圈之后容量保持率为84%,其电化学性能优于单阶段10 h烧结所制备的LiMn2O4样品。（2）采用Nb5+与Li+对LiMn2O4材料进行共掺杂改性研究。通过制备不同比例Nb和Li掺杂的Li1+xMn2-yNbyO4（x=0,0.05,0.10,0.15;y=0,0.01,0.02,0.03,0.04）,发现随着Nb掺杂量的增加,LiMn2O4样品的颗粒尺寸逐渐增大,表面变得更加光滑平整,与电解液的接触变小,锰的溶解得到抑制,循环稳定性得到改善;Li掺杂能够进一步提高电极材料的可逆容量。在Nb和Li掺杂量分别为0.03和0.05时,制备的Li1.05Mn1.97Nb0.03O4样品的电化学性能最佳。Li1.05Mn1.97Nb0.03O4电极在常温25℃时以75 mA g-1（0.5C）的电流密度循环100圈,容量保持率为94.9%,在高温55℃条件下循环100圈,容量保持率为84%,相较于未掺杂LiMn2O4均有显着提高。同时,Li1.05Mn1.97Nb0.03O4材料展现出优良的倍率性能,在750 mA g-1（5C）、1500 mA g-1（10C）的电流密度下分别具有90 mAh g-1和50 mAh g-1的放电比容量。（3）表面活性剂辅助Al2O3包覆LiMn2O4材料改性研究。针对常规液相包覆法难以在LiMn2O4表面形成均一完整包覆层这一问题,本研究利用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）表面化学键对金属离子的吸附作用成功制备得到Al2O3均匀包覆的LiMn2O4复合材料（LiMn2O4@Al2O3（PVP））。电化学测试表明,LiMn2O4@Al2O3（PVP）常温25℃条件下,以75 mA g-1（0.5C）电流密度循环200圈,容量保持率为93.8%,高温55℃下循环100圈容量保持率为87.4%,相较于LiMn2O4和未添加PVP的LiMn2O4@Al2O3,循环性能有较大提升。
沈守宇[5]（2018）在《富锂锰基层状正极材料和高镍金属氧化物正极材料的制备、结构和性能研究》文中进行了进一步梳理自1991年,Sony公司首次实现锂离子电池商业化以来,锂离子电池被广泛应用于手机、笔记本等消费类3C电子产品。近几年来,特斯拉在电动汽车和比亚迪在电动大巴上推广应用锂离子电池技术,锂离子电池在动力电池方面的应用引起了人们的广泛关注。无论是智能手机等大功率3 C产品的发展还是纯电动汽车的兴起都对锂离子电池的能量密度、功率密度和安全性提出了更高的要求。锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料性能的优劣。目前,传统锂离子电池正极材料的放电比容量小于170 mAh g-1,已经不能满足实际的需求。而高镍金属氧化物层状正极材料和富锂锰基层状正极材料可表现出较高的放电比容量（80%镍含量的高镍材料小倍率下可释放将近200 mAh g-1的放电比容量,富锂锰基层状正极材料可释放出超过250 mAh g-1的放电比容量）而备受关注。但是,两种材料均存在不少问题,如高镍材料首周充电过程和大倍率充放电下的材料结构变化,富锂锰基层状正极材料的电压衰减等。本论文从材料的设计入手,通过合成、包覆、元素调控等手段提升材料的电化学性能,并通过自主开发的in sitXRD（原位X射线衍射技术）和OEMS（在线差分电化学质谱技术）对材料充放电过程的结构变化和产气行为进行了详细的研究。主要研究内容如下:1.采用碳酸盐共沉淀法,以硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰为过渡金属源,碳酸钠作为沉淀剂,碳酸氢铵作为络合剂,合成了由小于100nm一次颗粒组成的二次类球形富锂锰基正极材料作为锂离子电池正极材料。采用溶胶凝胶法成功实现了材料的Li-La-Zr-O固态电解质膜包覆。并运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、电化学阻抗谱（EIS）和电化学充放电测试等方法对其结构和电化学性能进行了详细的表征和分析。研究表明,采用Li-La-Zr-O固态电解质包覆的材料表现出较好的循环性能,200 mA-1电流密度下循环455周仍具有196.1 mAhg-1的可逆比容量,循环保持率为84.5%;605周后仍具有180.5 mAh 1的可逆比容量,循环保持率为77.7%。2.通过调节富锂锰基层状正极材料中Co/Ni比例来抑制材料的电压衰减,并对其机理进行了研究。采用碳酸盐共沉淀法合成了一系列具有不同Co/Ni比例的材料。运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱（Raman）、原位/非原位X-射线衍射（in situ/ex situ XRD）、在线差分电化学质谱（OEMS）及电化学充放电测试等方法对材料的结构和电化学性能进行了详细研究。电化学测试结果表明,Co/Ni比例的降低可以有效的抑制材料在循环过程中的电压衰减,其中Lii.13Ni0.275Mn0.580O2材料在1 C倍率下100周循环后放电中值电压仅发生0.255 V衰减。OEMS和in situ XRD技术对材料的分析表明,富锂材料的电压衰减与材料在放电过程中的氧离子、镍钴离子和锰离子所在的三个区域的还原过程密切相关。首周充电过程末期材料大量的氧流失将对后续循环过程的电压衰减起到加速作用。3.通过调节富锂锰基层状正极材料中Mn/（Co+Ni）的比例来抑制材料的电压衰减,并对其机理进行研究。采用碳酸盐共沉淀法合成一系列具有不同Mn/（Co+Ni）比例的材料。运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原位X射线衍射（insitu XRD）、在线差分电化学质谱（OEMS）及电化学充放电测试等方法对材料的结构和电化学性能进行了详细表征和研究。电化学测试结果表明,Mn/（Co+Ni）比例对富锂材料放电过程中的电压衰减具有很大影响。当控制Ni/Co比例在1.95时,若Mn/（Co+Ni）比例小于1.75,材料在1 C下100周循环后放电中值电压衰减将小于0.178 V;当Mn/（Co+Ni）=1.10时,放电中值电压仅发生0.054 V衰减。OEMS和insitu XRD技术对材料的分析表明,富锂材料的氧流失主要发生在一次颗粒的表面。首周充电过程中氧元素的流失是导致材料电压衰减的一个重要原因但不是唯一原因。4.采用氢氧化物共沉淀法合成球形高镍材料。运用扫描电子显微镜（SEM）、原位X射线衍射（insitu XRD）、循环伏安（CV）及恒流充放电测试等方法对前驱体的生长过程、材料的结构和电化学性能进行了详细表征和研究。通过insitu XRD技术对NCM 811材料CV过程中电流出峰进行表征。NCM 811材料在不同极化条件下首周充电过程中的结构演化表明,首周出现的相分离现象与极化程度有关,极化越大,相分离现象越严重。NCM 811材料在2 C大倍率充放电过程中的结构演化表明,大倍率放电过程与极化过程一样,将出现相分离,并推测该现象可能是由于大倍率放电下,锂离子在材料一次颗粒表面和内部迁移速率的不同所引起。综上所述,本论文通过共沉淀法合成了球形富锂锰基层状正极材料和富镍层状正极材料。通过调控富锂锰基层正极材料中的元素比例,抑制了材料的电压衰减。运用in situ XRD和OEMS技术对富锂锰基层状正极材料和富镍层状正极材料电化学过程中的机理进行了详细的研究。本论文的研究结果对富锂锰基层状正极材料电压衰减产生的可能原因及其抑制的方法、高镍材料首周极化及大倍率充放电对材料结构演化机理的影响提供了重要的指导意义。
沈重亨[6]（2017）在《锂离子电池高比容量层状金属氧化物的制备、性能与原位XRD研究》文中指出动力市场是碳排放的重灾区之一,寻找取代化石能源的可持续绿色储能体系是当今世界环保经济的一大驱动力。目前锂离子电池已占据了便携式电子设备市场,然而,现有锂离子电池无法满足高动力配置对于输出功率与续航能力的要求,因此,研发高性能正极材料十分必要。富锂锰基层状氧化物xLi2MnO3·（1-x）LiM02（M=Mn,Fe,Co,Ni,etal）与富镍层状氧化物 Li[Ni1-x-yCoxMny]O2（1-x-y≥0.5）因为在高电压（>4.50V,vs.Li/Li+）下能释放超过200mAh/g的比容量,因此能满足高比能量的需求。然而,在高电压状态下,富锂锰基层状氧化物不仅在首周放电后就损失了大量的不可逆容量,而且在随后的放电过程中还经历了“电压衰减”现象,直接导致了其能量密度的降低。富镍层状氧化物在电解液副反应的冲击下产生严重的容量衰减,并且界面稳定性受到破坏。这些缺陷极大地制约了它们的商业实际实用。近年来,大量的研究着眼于这两种材料的首周结构与动力学的变化,但涉及原位过程的不多,更少有两种技术结合的原位表征。本论文从探索机理的角度出发,着重于原位测试方案并结合细致的透射电镜观察,希望给予这些材料的失效退化一些新的见解,从而为材料的进一步改性提供一些指导意见:1)通过水溶蒸发法合成了富锂锰基层状氧化物。X射线衍射结果表明,Li1.23Ni0.09Co0.12Mn0.56O2正极材料具有明显的超晶格结构,其在截止电压2.00～4.80 V范围内,首周0.1C下能够释放250.8 mAh/g的放电比容量,同时首周不可逆容量为87.3 mAh/g。在81周后,该材料的容量保持率为86%,但它在长期循环过程中存在着明显的“电压衰减”。采用原位X射线衍射技术对该材料的第一周充放电过程进行细心的观察,结果显示在第一周充电至4.54 V时,材料中有一个新相（β-Mn02）形成。该新相在首周放电过程转变为层状的Li0.9MnO2结构,并在循环后期逐渐转化为类尖晶石型AB204结构,从而干扰母体结构的稳定性与有序性,AB2O4的形成使得Li1.23Ni0.09Co0.12Mn0.5602正极材料出现部分尖晶石相特征,表现在放电曲线的逐渐下沉。借助于慢速充电过程的原位XRD实验,首次观察到材料在充电过程中β-MnO2的形成,进一步验证了富锂锰基层状氧化物在首周高电压充电阶段Li2MnO3分解为MnO2的反应,同时β-MnO2后期转化为AB204尖晶石结构。该结果可为抑制“电压衰减”现象并提升循环性能提供指导性的建议。2)通过水溶蒸发法制备得到的Li1.22Ni0.10Co0.13Mn0.55O2正极材料,采用X射线衍射结合高分辨透射电子显微镜技术,验证了这种材料的固溶体组分——层状的α-NaFeO2型LiMO2（M=Ni,Co,Mn）与单斜晶系的Li2MnO3。我们利用一种原位组合技术,即原位X射线衍射与恒电位间歇滴定测试相结合的方法。该方法将结构演化与锂离子扩散动力学关联,首次对富锂锰基层状氧化物的首周不同电压状态进行研究。结合结构学参数与锂离子固相扩散系数的变化,我们可以看到在平台电压区域,锂离子的扩散动力严重不足,而此处也正是微结构中晶格变化较为严重的阶段,基于此,我们推测氧流失（Li2MnO3分解为Mn02的电荷补偿）、锂层中四面体空间的压缩以及镍离子的大量混排制约了锂离子的迁移能力。另外,根据镍离子在锂层中的混排程度结合锂离子固相扩散系数的变化,可以推测镍离子在晶格内部的价态以及占位会严重制约锂离子的传输过程。3)为了对富锂Li1.2Ni0.12Co0.15Mn0.53O2正极材料中微结构的转化提供一个更为深层的理解,我们把高分辨透射电子显微镜观测、X射线衍射表征与恒电流间歇滴定技术分别使用到材料的首次充电过程中。在对材料首次充电阶段不同状态的测试观察后发现,缺陷型立方尖晶石（defect spinel phase）基本上出现在晶格缺陷较为严重的区域,这一结果也得到了精修参数威廉森-霍尔型微观应力的佐证。在4.70V充电态下,经由颗粒边缘高分辨图像处理得到的反快速傅里叶转换图像示出在强力的挤压作用下晶面排列由03型结构向缺陷型尖晶石相的转变。而由锂离子与锰离子的四面体占位百分比以及相应状态下的锂离子扩散系数可以推断出在首周形成尖晶石相过程经历的两个重要中间结构:“锂-锰哑铃”构型与缺陷型尖晶石核单元。这部分实验结果,不仅揭示了尖晶石相与颗粒微观应力之间可能的内在联系,而且也提供一种可能抑制尖晶石构型形成的方法即加强对于材料颗粒表面边缘的保护。4)富镍型层状LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料可以在超过4.30 V电压下提供高达200mAh/g的放电比容量。然而,这种材料在高电压下出现了严重的容量衰减现象,为了研判这一退化的根本原因,我们建立了一种新型的三技术联用原位方法,即原位X射线衍射技术、恒电位间歇滴定技术与电化学交流阻抗谱学检测相结合的测试手段,对富镍型层状LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的首次充放电过程进行了详尽的研究。实验结果表明,在充电至高电压后（>4.50 V）,LiNio.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的颗粒表面与体相内都形成了立方的NiMn2O4结构,这是一种锂离子的钝化结构,严重阻碍了锂离子从晶格脱出到表面的扩散过程。根据第一性原理计算的结果,在阳离子迁移能垒方向上,这种尖晶石构型的形成在高电压与微观应力的帮助下能有效地得到促进。同时,经由高分辨透射电子显微镜观测到的颗粒表面的腐蚀孔洞、微裂纹、层错与位错一起增加了锂离子运输的困难程度,而高电压下界面膜阻抗的降低也说明了此时界面稳定性的严重降低。在50周循环后,颗粒出现小角度晶界分离,说明晶体缺陷程度的增加,这会继续影响锂离子的动力学性能,并转化为容量损失。而在首周体相中出现的正方LiOH相会破坏材料的化学稳定性,危害系统的pH平衡。这部分的实验运用三技术联用原位表征富镍型层状LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的首次充放电过程的研究——结构变化、动力学以及界面稳定性。在详实的实验数据结合了态密度泛函理论计算的基础上,我们得以掌握材料内部微观结构转化的证据以及对于这种材料在高电压下容量衰减机理的新认识,这种新型的原位组合技术不仅可以允许我们从多维视角分析材料的电化学行为,也为后期抑制或者控制这种具有潜力的高电压层状材料的容量衰减提供深层理解与可能的实施方案。
梁昌清[7]（2017）在《锂离子电池高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的合成研究》文中认为锂离子电池作为一种绿色的化学电源,由于具有工作电压高、比能量高、循环寿命长和环境友好等优点而受到人们的青睐。然而,发展高能量密度的正极材料是锂离子电池应用于纯电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）的一个巨大难题。高电压LiNi0.5Mn1.5O4材料具有4.7 V电压平台和相对较好的循环性能,被认为是一种具有开发潜力的动力电池正极材料。本文设计了一种使用单一 NaCl作为熔盐介质的熔盐法,制备出性能较好的LiNi0.5Mn1.5O4材料。熔盐介质NaCl是在室温固相反应制备前驱体的过程中在线生成,无需额外添加且属于非锂盐。考察了烧结温度对材料的结构、颗粒形貌和电化学性能的影响。发现升高烧结温度可促进颗粒生长,但对形貌影响不明显,在1000℃时合成的样品表现出最佳的电化学性能。此外,使用KOH替代NaOH,在线生成KCl作为熔盐介质,此时合成的LiNio.5Mn1.5O4材料的放电比容量较低。研究使用不同退火时间和锂含量来合成LiNi0.5Mn1.504材料,结果显示,当两实验分别采用退火40 h、锂过量11%获得的样品表现出较好的电化学性能,最高放电比容量分别为133.8 mAh·g-1和131.2 mAh·g-1.采用熔盐法和固相法合成LiNi0.5Mn1.5O4材料。研究前驱体中含有氯化物时促进八面体品粒形成的机理。其中,氯化物是来自原料中,或者是额外添加的NH4Cl,再或者是通过添加浓盐酸在线生成。结果显示,氯化物在加热分解过程中释放的HCl气体能促进八面体晶粒的形成。将氯化物拓展到溴化物、氟化物时,发现溴化物分解释放的HBr气体也有此效果,由于氟化物在较低温度即可分解释放HF气体,而不能促进八面体晶粒的形成。电化学测试结果表明,具有八面体晶粒的LiNi0.5Mn1.5O4材料表现出优异的倍率性能,以10 C倍率放电时,电池的容量保持率将近90%。
张世明[8]（2016）在《层状富锂锰氧化物锂离子电池正极材料中的几个关键科学问题研究》文中研究说明层状富锂锰氧化物（LMRO）正极材料具有较高的放电比容量(280 mAhg-1)和能量密度(1000Whkg-1),有望成为锂离子电池新一代正极材料。然而,由于LMRO正极材料循环稳定性及倍率性能较差、首次库伦效率较低等问题严重制约了LMRO正极材料的实际应用。本课题以Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 （LNCMO）正极材料为研究对象,通过X射线衍射（XRD）及Rietveld粉末衍射精修,高分辨透射电镜（HRTEM）,扫描电子显微镜（SEM）, Raman光谱,光电子能谱（XPS）,恒流充放电测试,电化学阻抗谱（EIS）等技术系统地研究了LNCMO正极材料循环过程中的结构与电化学性能,揭示了导致LNCMO正极材料循环过程中较快容量/电压衰减、较差循环寿命和倍率性能、较高首次不可逆容量的根本原因,并探索了LNCMO正极材料中各相、各组分之间的协同作用机理。此外,本课题还采用新型粘结剂羧甲基纤维素钠（CMC）,Mg2+离子替代及原位析出Er203氧化物包覆等手段大幅度地提升了LNCMO正极材料的综合电化学性能。本课题首次采用CMC作为LNCMO正极材料新型粘结剂,循环后极片的SEM图片及剥离实验证实,CMC高效的粘结性能提高了LNCMO电极循环过程中电极结构的稳定性。此外,XRD, XPS及HRTEM结果说明,CMC中的Na+离子可以掺杂到LNCMO正极材料的晶格中,从而有效地抑制了LNCMO正极材料循环过程中的容量／电压衰减以及金属元素的溶解。CMC粘结剂同时稳定LNCMO电极循环过程中电极结构及晶体结构,有效地提高了LNCMO正极材料的循环稳定性。系统地研究了LNCMO正极材料热处理过程中相的转化过程及转化机理。XRD及Rietveld粉末衍射精修研究结果发现,LNCMO正极材料在热处理过程中经历了六方LiMO2（R-3m）相→单斜Li2MO3（C2/m）相→正交LiM2O4（Fd-3m）相（M=Ni、Co、Mn）的逐渐转化过程。通过HRTEM分析发现,随着热处理温度的升高,LNCMO结构中LiM02相过渡金属层中Li与过渡金属元素TM（Ni、Co、 Mn）的排列方式发生重组,从混合排列逐渐向LiTM2的有序排列转化,形成具有超结构的单斜Li2MO3相；在1000℃以上的高温度热处理条件下,由于金属Li严重挥发,导致Li：M比不能满足LiMO2相及Li2MO3相中Li.M的要求,所以转化为低Li：M的LiM2O4相。900℃热处理得到的LNCMO结构为LiMO2与Li2MO3两相纳米尺度上交互主宰的复合结构；XPS结果显示,此结构中Ni为+2价,Co为+2和+3混合价,Mn为+4价；同时,900℃热处理得到的LNCMO正极材料具有相对较好的电化学性能。进一步研究循环过程中相变过程及晶体结构对LNCMO正极材料电化学性能的影响。XRD及Rietveld粉末衍射精修结果显示,首次循环过程中,TM离子的迁移与结构重排导致类尖晶石LixMn2O4相的形成。首次循环后,LNCMO结构中具有超结构的单斜Li2MO3相转化为六方LiMO2相。同时,部分层状六方LiMO2相转化为立方尖晶石结构LixM2O4相,且LixM2O4相在循环过程中逐渐积累导致了LNCMO正极材料循环过程中的容量/电压衰减。研究不同截止电压条件下LNCMO正极材料的循环性能发现,2.0～4.8 V电压窗口条件下循环的LNCMO正极材料具有最佳的电化学性能。此外,通过EIS研究LNCMO正极材料首次循环及第二次循环过程中的动力学性能发现,LNCMO正极材料首次充电过程中,Li2MnO3组分活化过程及Mn在MnO2/LiMnO2相中氧化还原过程的动力学性能明显低于Ni,Co在LiMO2相中的动力学性能。结果说明,Li2MnO3组分活化及MnO2/LiMnO2电化学反应过程为LNCMO正极材料电极过程动力学的关键控制步骤。研究了不同X的XLi2MnO3-（1-X）LiMO2（M=Ni、Co、Mn,0≤X≤1）材料的结构及电化学性能,结果发现,LiMO2相和LiMO2相之间存在协同作用。Li2MO3相可以有效地提高LNCMO复合材料的比容量及循环稳定性,但同时也降低了其首次库伦效率及倍率性能。然而,Li2MO3相与LiMO2相纳米尺度上共掺共存结构可以有效地提高Li2MO3相的电化学活性,同时提高LNCMO正极材料的电化学容量,首次库伦效率及倍率性能。Li2MO3相与LiMO2相之间的协同效应实现了LNCMO正极材料的高容量、长循环寿命、高倍率性能。当X=0.5时, LNCMO正极材料具有较好的综合性能。采用XRD及电化学测试方法研究了不同金属元素M （Li、Ni、Co、Mn）及各组分LiMO2 （M=Ni、Co、Mn）在LNCMO正极材料中的作用及作用机理,研究结果发现：增加Li含量可以增加Li2MO3相在结构中的含量,提高LNCMO正极材料的电化学容量及循环稳定性,但同时也降低了其首次库伦效率及倍率性能；相反,降低Li含量可以增加尖晶石LiM2O4相在结构中的含量,提高其库伦效率及倍率性能,过量5%Li的LNCMO正极材料具有最好的电化学性能。增加Ni金属元素及LiNiO2组分可以有效地抑制LNCMO正极材料循环过程中的容量／电压衰减,同时提升其倍率性能。增加Co金属元素及LiCoO2组分会导致LNCMO正极材料循环过程中较快的容量／电压衰减,但是可以提升其倍率性能。增加Mn及LiMn2O4组分会形成LiMn2O4尖晶石相；Mn及LiMn2O4的加入会降低LNCMO正极材料的电化学活性,从而降低其电化学容量和倍率性能；但是,Mn及LiMn2O4的加入可以有效地提升LNCMO正极材料的首次库伦效率及循环稳定性。在上述对LNCMO正极材料中存在的各基础科学问题及其它们的作用机理研究的基础上,本课题提出了离子替代及原位析出包覆等方法,有效地提高了LNCMO正极材料的电化学性能。采用XRD及其Rietveld粉末衍射精修研究了不同Mg2+离子替代的LNCMO正极材料循环过程中的结构变化发现,Mg2+离子替代可以有效地抑制LNCMO正极材料充电过程中的TM离子迁移,从而抑制了尖晶石相的形成；Mg2+离子替代还可以增加LNCMO正极材料中Li2MO3相,从而提升其电化学容量+；此外,采用EIS研究了不同Mg2+离子替代的LNCMO正极材料循环过程的动力学行为,结果发现,Mg2+离子替代可以提高LNCMO正极材料的电子电导率,降低其电化学反应阻抗,提高Li+离子在电极材料中的扩散动力学性能。因此,Mg2+离子替代可以实现LNCMO正极材料高容量、长循环寿命、高倍率电化学特性。XRD, HRTEM及XPS结果显示,采用原位析出新型的包覆技术可以在LNCMO正极材料表面包覆一层10 nm左右Er2O3。这种在LNCMO基体材料上原位析出的Er2O3包覆层具有均匀、完整、结合力强等特点,可以有效地抑制LNCMO正极材料循环过程中金属元素的溶解,从而提高LNCMO正极材料的首次库伦效率、循环稳定性及倍率性能。
何会兵[9]（2016）在《锰基层状氧化物作为锂二次电池正极材料的合成与改性研究》文中研究指明传统化石燃料的消耗和伴随的环境污染,促使了人们对绿色新能源技术的迫切追求。由于高比容量和高功率,电化学二次电池被认为是高效的能源存储和转换装置。然而缺少高性能的电池正极材料一直以来成为制约先进二次电池发展和应用的瓶颈,特别是在新起的电动汽车领域,许多研究者都致力于开发具有高比能量和高比功率的先进正极材料。在本论文中,我们通过总结分析了锂离子电池正极材料的研究进展和发展现状,选择高比容量和高工作电压的层状富锂锰基正极材料作为研究对象,以提高其电化学性能为目标,系统地研究了层状过渡金属氧化物材料的合成、改性以及结构和形貌的设计,并且探究了其作为锂离子或钠离子电池正极材料的电化学性能,主要研究内容和结果如下：1、通过溶胶-凝胶法分别在700,800,900和1000℃下煅烧20h合成了富锂材料Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2,电性能测试结果表明了800℃是最佳的合成温度,合成的样品具有最优的电化学性能。同时我们还在最佳的合成温度（800℃）下分别合成了富锂单相组分Li2MnO3和Li[Mn1/3Co1/3Ni1/3]O2,并以摩尔比为1：1的Li2MnO3和Li[Mn1/3Co1/3Ni1/3]O2材料进行球磨制得混合物,对上述材料做了结构表征和作为锂离子电池正极材料的充放电性能的测试。最后,我们以800℃合成的富锂材料为研究对象,运用了HRTEM和FFT表征,证明了富锂材料的结构并不是单相组分Li2Mn03 和 Li[Mn1/3Co1/3Ni1/3]O2的简单复合物,实则是两相在纳米级别水平混合的固溶体。结构决定性能,该研究对理解富锂材料复杂的结构和性能有着重要的指导意义。2、合成出了V2O5薄层包覆的层状富锂氧化物Li [Li0.2Mn0.54Co0.13Ni0.13]O2 （LMNCO@V2O5）并测试了其作为锂离子电池正极材料的电化学性能,同时将LMNCO@V2O5材料与未包覆V2O5薄层Li[Li0.2Mn0.54Co0.13Ni0.13]O2 （LMNCO）和I.MNCO-V2O5复合物材料进行了结构与性能的对比。作为一种可嵌入锂离子的宿主材料,LMNCO@V2O5和 LMNCO-V2O5中的V2O5均能减少首圈的不可逆容量损失,提高正极材料的库伦效率。然而,在提高Li[Li0.2Mn0.54Co0.13Ni0.13]O2材料的循环稳定性和倍率性能方面,LMNCO@V2O5中的V205包覆层的效果要远优于LMNCO-V2O5复合物材料中的V2O5纳米颗粒。当在电压窗口2.0-4.8 V,电流密度为25 mAg-1下恒流充放电时,3wt.% V2O5包覆的LMNCO@V2O5首圈和第50圈的放电比容量为279.5和269.1mAh g-1,容量保持率高达96.3%。相反,未包覆V2O5薄层的LMNCO材料的放电比容量从首圈的251.2 mAh g-1降低到第50圈的202.2 mAh g-1。在1250mAg-1的高倍率电流密度下,LMNCO@V2O5材料的放电比容量可以达到113.6mAh g-1,均比在此倍率下的未包覆V2O5薄层的LMNCO和L MNCO-V2O5复合材料的容量高得多。V205的不同效果源于它在正极材料中扮演的不同角色。I.MNCO@V2O5材料中的V205包覆层作为一种优良的电子和离子导体,可以减小电极-电解液界面电荷传递阻抗,提高锂离子在LMNCO颗粒中的锂离子传输,而LMNCO-V2O5材料中的V205纳米颗粒仅能作为一种可嵌入锂离子的宿主材料,有限地提高材料的充放电比容量。3、尖晶石相LiMn2O4成功植入到单斜相层状结构的Li2Mn03纳米棒中,当被用于锂离子电池正极材料时,这些层状-尖晶石集成结构的纳米棒表现出了高比容量和优异的倍率性能。初始Li2Mn03纳米棒是以a-MnO2纳米线为前驱体通过一种简单的流变相法合成出来的；尖晶石-层状结构的纳米棒是用硬脂酸作为还原剂通过温和的部分还原反应合成出来的。集成结构纳米棒的结构表征和电化学测试均证实了纳米级大小的LiMn2O4植入到初始的Li2MnO3纳米棒里面。当被用作锂离子电池正极材料时,尖晶石-层状结构的Li2Mn03纳米棒（SL-Li2Mn03）比初始的Li2MnO3纳米棒（L-Li2Mn03）表现出了好得多的性能。电压窗口2.0-4.8 V,电流密度为20mA g-1下充放电时,SL-Li2Mn03首圈和第60圈的放电比容量分别为272.3 and 228.4 mAh g-1容量保持率为83.8%。SL-Li2Mn03同时也表现出了优越的倍率性能。当在倍率为1C,2C,5C和10C下循环数百圈时,SL-Li2Mn03的放电比容量分别可以达到218.9,200.5,147.1和123.9 mAh g-1。SL-Li2MnO3如此优异的性能应归结于其尖晶石-层状的集成结构。高容量和优异的倍率性能特点让尖晶石-层状结构的材料成为下一代高功率锂离子电池优秀的正极材料之一4、在NaCl熔盐中引入a-MnO2纳米管为模板和锰源,通过熔盐法一步原位合成出了具有分级结构的、由5-20 nm的二次纳米颗粒组成的富锂Li 1.15Mn0.54Co0.23Ni0.08O2纳米线。被用于锂离子电池正极材料测试其电化学性能时,富锂纳米线表现出了非常优秀的电化学性能。材料的放电比容量大、循环稳定、倍率性能（特别是高倍率性能）良好。在没有使用表面修饰及掺杂的情况下,Li 1.15Mn0.54Co0.23Nio.08O2纳米线在电压窗口为2.04.8 V,电流密度为25 mAg-1时,首圈的充放电比容量分别为375.1和304.5 mAh·g-1,库伦效率高达81.2%。充放电电流密度为0.5C时（1C= 250mA g-1）,富锂纳米线在循环100次之后放电比容量仍能达到253.3 mAh·g-1,容量持有率为90.3%。即使在超高倍率30C下循环1000圈,Li1.15Mn0.54Co0.23Ni0.08O2纳米线仍然能释放65 mAh·g-1的放电比容量,且容量没有呈现明显的衰减趋势。这些优秀的电化学性质应该是：一级结构极大的缩短了锂离子和电子的传输路径,二级结构一维纳米线则可以提供有利的一维电子传输通道。循环数百次后的材料依然基本上维持了一维纳米线形貌,这种结构的稳定应该是其电化学性能稳定的一个重要原因。本章还通过传统的共沉淀法合成了相同组分的富锂块体材料并检测了其电化学性能。另外,平行实验的结构表明熔盐NaCl介质的存在和一维的α-MnO2纳米管都是最终形成一维纳米线产物的必不可少的条件。5、通过熔盐法合成了大量（010）晶面暴露的Na0.5 [Mn0.65Co0.2Ni0.15]O2纳米片材料,同时,还通过溶胶-凝胶法合成了相同组分的Na0.5[Mn0.65Co0.2Ni0.15]O2微米块材料,它们都具有理想的P2相层状结构。当它们被用于钠离子电池正极材料时,Na0.5[Mn0.65Co0.2Ni0.15]O2纳米片材料表现出了比Na0.5[Mn0.65Co0.2Ni0.15]O2微米块材料更为出色的倍率性能和高容量特性。当在O.1C（14mAg-1）的电流密度下充放电时,Na0.5[Mn0.65Co0.2Ni0.15]O2纳米片材料的首圈和第50圈的放电比容量分别为169.4和136.3 mAh g-1,容量持有率为80.5%。而Na0.5[Mn0.65Co0.2Ni0.15]O2微米块材料的首圈和第50圈的放电比容量分别为156.1和107.1 mAhg-1,容量持有率为68.6%。当分别在1C,2C,5C,10C和20C （1C= 140 mAg-1）倍率下循环数百圈时,Na0.5[Mn0.65Co0.2Ni0.15]O2纳米片的放电比容量仍能分别达到110.5,100.4,76.5,37.4和18.1mAh g-1。Na0.5[Mn0.65Co0.2Ni0.15]O2纳米片优异的电化学性能是由于其大量暴露的（010）活性晶面,这些活性晶面非常有利于材料中电子的快速传输和钠离子的快速脱嵌,因此极大提高了其电化学性能。
刘宏基[10]（2012）在《锂离子电池正极材料LiMn2O4的合成条件优化及表面包覆改性》文中指出作为锂离子电池的正极材料之一,尖晶石型锰酸锂（LiMn2O4）因为具有电压平台高、原料成本低、绿色无污染等优点,被认为是能够替代钴酸锂（LiCoO2）用于生产常规锂离子电池及替代磷酸亚铁锂（LiFePO4）用于生产动力电池的多用途锂离子电池正极材料。目前,阻碍LiMn2O4大规模商业化生产及应用的原因主要是以下两个：生产利润不够大；材料在50℃以上的环境下的高温电化学性能差。为了尝试解决以上两个问题,本研究中一方面选择采用廉价锰源来降低材料成本；另一方面以表面包覆改善LiMn2O4的高温电化学性能。研究中采用了多种电化学分析测试方法,并结合了TG-DTG、XRD、SEM、粒度分布等表征手段,对所合成样品的晶体结构、表面形貌、粒径及电化学性能等特征进行了研究。研究中的主要内容包括：（1）沉淀法合成：将Mn（NO3）2以碳酸铵为沉淀剂转化为粒径分布均匀的MnCO3前驱体,并以所得MnCO3为锰源,Li2C03为锂源,考察了不同预烧温度对所得LiMn2O4样品电化学性能及结构成分的影响,获得了沉淀法下较佳的工艺条件。（2）熔融浸渍法合成：采用工业级电解二氧化锰为锰源,LiOH为锂源,以熔融浸渍的热处理工艺合成了LiMn2O4样品。考察了经不同球磨预处理时间的电解二氧化锰锰源对所得LiMn2O4样品晶体结构、形貌及电化学性能的影响,并发现电解二氧化锰经球磨预处理8h后,所合成的LiMn2O4样品具有最佳的电化学性能。（3）高温固相法合成：以工业级电解二氧化锰为锰源,Li2CO3为锂源,以球磨方式混料后,通过高温煅烧合成了LiMn2O4样品。通过对比煅烧方式、终烧温度、保温时间、退火速度、配锂量等因素的影响,确定了固相法下最佳煅烧工艺条件。此外,在总球磨时间不变的前提下,考察了电解二氧化锰预磨时间的变化带来的影响。研究发现,在最佳煅烧条件下,当电解二氧化锰预球磨时间为8h,混料球磨时间6h时,煅烧所得产物电化学性能最佳。（4）以A12O3、MgO、ZnO以及Li4Ti5Oi2为包覆物,分别对LiMn2O4样品进行了表面包覆。研究发现各包覆物对LiMn2O4的晶体结构影响不大,包覆了Al203的样品充放电比容量降低明显,包覆其他物质的样品充放电比容量降低不明显。此外,所有表面包覆均能改善样品的常温及高温电化学循环稳定性。
二、球磨处理尖晶石相LiMn_2O_4的结构及性能（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、球磨处理尖晶石相LiMn_2O_4的结构及性能（论文提纲范文）
（1）高性能锂离子电池电极材料的静电纺丝技术制备与改性（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 锂离子电池概述 |
| 2.1.1 锂离子电池发展历程 |
| 2.1.2 锂离子电池工作原理 |
| 2.1.3 锂离子电池特点 |
| 2.1.4 锂离子电池关键材料 |
| 2.2 电池正极材料 |
| 2.2.1 层状结构材料 |
| 2.2.2 橄榄石型材料 |
| 2.2.3 尖晶石型材料 |
| 2.3 锂离子电池负极材料 |
| 2.3.1 过渡金属氧化物负极材料 |
| 2.3.2 金属合金化负极材料 |
| 2.4 电极材料的制备与改性研究进展 |
| 2.4.1 尖晶石型锰酸锂正极材料的制备与改性 |
| 2.4.2 硅材料的改性 |
| 2.5 静电纺丝技术概述 |
| 2.6 论文选题与研究内容 |
| 2.7 可行性分析 |
| 2.8 创新点 |
| 3 实验方案 |
| 3.1 主要试剂 |
| 3.2 主要设备 |
| 3.2.1 样品制备与加工设备 |
| 3.2.2 理化性能测试与表征设备 |
| 3.2.3 实验电极的制备与电池组装 |
| 3.2.4 电化学性能测试设备与方法 |
| 3.3 实验设计 |
| 3.3.1 双元素掺杂纳米锰酸锂材料的制备与性能研究 |
| 3.3.2 高倍率性能锰酸锂材料的设计与性能研究 |
| 3.3.3 高性能Si@C/CNF一维复合材料的结构设计与性能研究 |
| 4 结果与讨论 |
| 4.1 双元素掺杂纳米锰酸锂材料的制备与性能研究 |
| 4.1.1 前驱体纳米纤维热分解过程研究 |
| 4.1.2 正交试验因素与指标分析 |
| 4.1.3 优化工艺条件下制备的材料理化性能表征 |
| 4.1.4 小结 |
| 4.2 高倍率性能锰酸锂材料的设计与性能研究 |
| 4.2.1 预氧化工艺对材料物相及形貌的影响 |
| 4.2.2 预氧化热处理工艺对晶体尺寸调控机理分析 |
| 4.2.3 电化学性能分析 |
| 4.2.4 小结 |
| 4.3 高性能Si@C/CNF一维复合材料的结构设计与性能研究 |
| 4.3.1 前期实验 |
| 4.3.2 Si@C材料的制备与性能表征 |
| 4.3.3 静电纺丝制备Si@C/CNF复合材料 |
| 4.3.4 小结 |
| 5 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）废旧锂离子电池中LiMn2O4正极材料的再利用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锂离子电池的简介 |
| 1.2.1 锂离子电池的组成和工作原理 |
| 1.2.2 锂离子电池正极材料的研究进展 |
| 1.2.3 锂离子电池面临的挑战和展望 |
| 1.3 废旧锂离子电池的回收意义 |
| 1.3.1 废旧锂离子电池的危害 |
| 1.3.2 废旧锂离子电池潜在的资源 |
| 1.4 废旧锂离子电池的研究现状 |
| 1.4.1 废旧锂离子电池的回收方法 |
| 1.4.2 几种废旧锂离子电池正极材料的回收现状 |
| 1.5 本文的选题依据与研究内容 |
| 1.5.1 选题依据 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第二章 实验部分 |
| 2.1 实验原料和试剂 |
| 2.2 实验仪器 |
| 2.3 扣式电池的组装 |
| 2.4 电化学测试 |
| 2.4.1 恒流充放电性能测试 |
| 2.4.2 循环伏安法测试（CV） |
| 2.4.3 恒电流间歇滴定技术（GITT） |
| 2.5 材料的组成，结构与形貌表征 |
| 2.5.1 电感耦合等离子体发射光谱分析（ICP-AES） |
| 2.5.2 X-射线衍射分析（XRD） |
| 2.5.3 X射线光电子能谱（XPS） |
| 2.5.4 拉曼光谱分析（Raman） |
| 2.5.5 扫描电子显微镜（SEM） |
| 2.5.6 透射电子显微镜（TEM） |
| 第三章 废旧锂离子电池中LiMn_2O_4的回收与钠电性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 从废旧LiMn_2O_4电池中回收活性物质材料 |
| 3.2.2 材料表征 |
| 3.2.3 电化学分析 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 回收产物LiMn_2O_4材料的结构与形貌表征 |
| 3.3.2 回收产物LiMn_2O_4直接用于钠离子电池的电化学性能 |
| 3.3.3 回收产物LiMn_2O_4在钠离子电池中的结构演变 |
| 3.3.4 回收产物LiMn_2O_4在钠离子电池中的电极动力学 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 废旧LiMn_2O_4的回收及其制备钠电Li_(0.25)Na_(0.6)MnO_2正极材料的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 废旧锂离子电池的回收流程 |
| 4.2.2 钠电正极材料Li_(0.25)Na_(0.6)MnO_2的制备 |
| 4.2.3 Li_(0.25)Na_(0.6)MnO_2材料的结构与表征 |
| 4.2.4 电极的制备与电化学测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 LNMO材料的结构、组成与形貌表征 |
| 4.3.2 钠电正极材料LNMO的电化学性能 |
| 4.3.3 LNMO材料用于钠离子电池中的结构变化过程 |
| 4.3.4 LNMO材料用于钠离子电池的电极动力学研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间公开发表论文及着作情况 |
（3）锰基氧化物纳米材料的合成与电化学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锂离子电池的组成和工作原理 |
| 1.2.1 锂离子电池的组成 |
| 1.2.2 锂离子电池的工作原理 |
| 1.3 锂离子电池正极材料 |
| 1.3.1 层状结构LiCoO_2正极材料 |
| 1.3.2 层状结构LiNiO_2正极材料 |
| 1.3.3 橄榄石型LiFePO_4正极材料 |
| 1.3.4 层状三元正极材料LiNi_xCo_yM_(1-x-y)O_2(M=Mn,Al) |
| 1.3.5 Li-Mn-O系列正极材料 |
| 1.4 尖晶石型LiMn2O_4正极材料的研究进展 |
| 1.4.1 尖晶石型LiMn2O_4正极材料的合成方法 |
| 1.4.2 元素掺杂 |
| 1.4.3 表面修饰 |
| 1.4.4 形貌控制 |
| 1.5 层状结构LiMnO_2正极材料的研究进展 |
| 1.5.1 层状结构LiMnO_2正极材料的合成方法 |
| 1.5.2 离子掺杂 |
| 1.5.3 表面改性和形貌调控 |
| 1.6 课题研究的意义和主要内容 |
| 第2章 实验试剂仪器与表征方法 |
| 2.1 实验原料及试剂 |
| 2.2 实验仪器与设备 |
| 2.3 电极材料的表征 |
| 2.3.1 XRD表征 |
| 2.3.2 SEM和TEM形貌表征 |
| 2.4 CR2032电池的组装 |
| 2.4.1 电极片的制备 |
| 2.4.2 电池的组装 |
| 2.5 电化学性能测试 |
| 2.5.1 电池循环与倍率测试 |
| 2.5.2 交流阻抗测试(EIS) |
| 2.6 电化学性能计算 |
| 2.6.1 Warburg扩散系数计算 |
| 2.6.2 锂离子扩散系数计算 |
| 第3章 锂源对尖晶石型LiMn2O_4微球形貌和电化学性能的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 尖晶石型LiMn2O_4微球的制备 |
| 3.2.2 电池组装 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 XRD结构分析 |
| 3.3.2 SEM形貌表征 |
| 3.3.3 电化学测试 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 微立方体和微球形尖晶石相LiMn2O_4溶剂热与固相法合成 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 C_2H_6O辅助制备微立方体和微球形LiMn2O |
| 4.2.2 电池组装 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.3.1 XRD测试分析 |
| 4.3.2 SEM和HR-TEM形貌分析 |
| 4.3.3 电化学性能测试 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 层状LiMnO_2微立方体和微球的制备与电化学性能 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 微立方体和微球形层状LiMnO_2正极材料的制备 |
| 5.2.2 电池组装 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 XRD结构表征 |
| 5.3.2 SEM形貌表征 |
| 5.3.3 电化学性能研究 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 一维层状LiMnO_2的合成与电化学性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 水热锂化温度对LiMnO_2一维结构形貌的影响 |
| 6.2.1 制备一维结构MnOOH纳米线 |
| 6.2.2 制备一维结构的层状LiMnO_2正极材料 |
| 6.2.3 电池组装 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 XRD结构分析 |
| 6.3.2 SEM形貌分析 |
| 6.3.3 电化学性能测试 |
| 6.4 添加还原剂对LiMnO_2一维结构形貌的影响 |
| 6.5 结果与讨论 |
| 6.5.1 XRD表征 |
| 6.5.2 SEM形貌表征 |
| 6.5.3 电化学测试 |
| 6.6 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
（4）锂离子电池锰酸锂正极材料的制备与改性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锂离子电池概述 |
| 1.3 锂离子电池负极材料研究进展 |
| 1.4 锂离子电池正极材料研究进展 |
| 1.5 本文的主要研究内容和意义 |
| 2 实验方法 |
| 2.1 实验试剂与实验仪器 |
| 2.2 材料的测试及表征技术 |
| 2.3 锂离子电池的电化学性能测试及表征 |
| 3 锰酸锂的烧结工艺优化研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 材料的制备与表征 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.4 小结 |
| 4 锰酸锂的铌锂共掺杂改性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 材料的制备与表征 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 小结 |
| 5 锰酸锂的氧化物包覆改性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 材料的制备与表征 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.4 小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 前景与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士期间发表的学术论文目录 |
（5）富锂锰基层状正极材料和高镍金属氧化物正极材料的制备、结构和性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锂离子电池的发展及原理 |
| 1.2.1 锂离子电池的发展历史 |
| 1.2.2 锂离子电池的工作原理和特点 |
| 1.2.3 商业化锂离子电池的结构及分类 |
| 1.3 锂离子电池负极材料 |
| 1.4 锂离子电池电解液 |
| 1.5 锂离子电池正极材料 |
| 1.5.1 聚阴离子型正极材料 |
| 1.5.1.1 LiMPO_4(M=Ni,Co,Mn,Fe) |
| 1.5.1.2 Li_3V_2(PO_4)_3 |
| 1.5.1.3 Li_2MSiO_4(M=Fe Mn,Co) |
| 1.5.2 尖晶石型正极材料 |
| 1.5.2.1 LiMn_2O_4 |
| 1.5.2.2 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4 |
| 1.5.3 层状正极材料 |
| 1.5.3.1 LiCoO_2 |
| 1.5.3.2 LiNiO_2 |
| 1.5.3.3 层状LiMnO_2 |
| 1.5.3.4 高镍材料 |
| 1.6 富锂锰基层状正极材料 |
| 1.6.1 富锂锰基层状正极材料的结构 |
| 1.6.2 富锂锰基层状正极材料的电化学特征 |
| 1.6.3 富锂锰基正极材料的合成方法 |
| 1.6.3.1 共沉淀法 |
| 1.6.3.2 固相法 |
| 1.6.3.3 水热与溶剂热法 |
| 1.6.3.4 溶胶-凝胶法 |
| 1.6.4 富锂锰基层状正极材料目前存在的主要问题及其改进方法 |
| 1.6.4.1 提高首次库伦效率 |
| 1.6.4.2 改善电压衰减 |
| 1.6.4.3 提高材料倍率性能 |
| 1.6.4.4 提高材料体积能量密度 |
| 1.6.5 富锂锰基层状正极材料的机理研究 |
| 1.6.5.1 富锂锰基层状正极材料首周充放电过程机理研究 |
| 1.6.5.2 富锂锰基层状正极材料产气机理研究 |
| 1.6.5.3 富锂锰基层状正极材料电压衰减机理研究 |
| 1.7 本论文的研究思路及主要内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 实验方法及原理 |
| 2.1 实验原料及使用设备 |
| 2.1.1 实验原料 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.1.3 表征仪器 |
| 2.2 材料的合成 |
| 2.2.1 碳酸盐共沉淀法合成工艺 |
| 2.2.2 氢氧化物共沉淀法合成工艺 |
| 2.2.3 电极的制备 |
| 2.2.4 半电池的组装 |
| 2.3 实验表征方法及原理 |
| 2.3.1 X-射线粉末晶体衍射技术(XRD) |
| 2.3.2 扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术 |
| 2.3.2.1 扫描电子显微镜(SEM)与电子能谱(EDS) |
| 2.3.2.2 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.3.3 微分电化学质谱(OEMS) |
| 2.3.4 拉曼光谱(Raman) |
| 2.3.5 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES) |
| 2.3.6 电化学表征技术 |
| 2.3.6.1 恒电流充放电测试 |
| 2.3.6.2 循环伏安技术(CV) |
| 2.3.6.3 电化学阻抗谱测试(EIS) |
| 参考文献 |
| 第三章 富锂锰基层状正极材料的制备、表面包覆及性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Li_(1.188)Ni_(0.198)Co_(0.087)Mn_(0.553)O_2材料的制备及LLZO固态电解质的包覆 |
| 3.3 Li_(1.188)Ni_(0.198)Co_(0.087)Mn_(0.553)O_2材料及前驱体的形貌和结构表征 |
| 3.3.1 前驱体SEM表征 |
| 3.3.2 前驱体的XRD和EDS表征 |
| 3.3.3 产物的SEM表征 |
| 3.3.4 产物的TEM表征 |
| 3.3.5 产物的XRD表征 |
| 3.3.6 产物的Mapping表征 |
| 3.3.7 产物的组分及含量分析 |
| 3.4 电极的电化学性能表征 |
| 3.4.1 退火温度对包覆材料倍率性能影响的探索 |
| 3.4.2 包覆含量对材料倍率性能影响的探索 |
| 3.4.3 Li_(1.188)Ni_(0.198)Co_(0.087)Mn_(0.553)O_2材料包覆前后首周充放电曲线及对应的微分容量曲线 |
| 3.4.4 Li-La-Zr-O固态电解质包覆对材料循环性能的影响 |
| 3.4.5 Li-La-Zr-O固态电解质包覆对材料阻抗的影响 |
| 3.4.6 Li-La-Zr-O固态电解质包覆前后材料的电压衰减 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 调控Co/Ni比例改善富锂锰基层状正极材料电压衰减 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 不同Co/Ni比例富锂锰基层状正极材料的合成 |
| 4.3 前驱体的形貌及结构表征 |
| 4.3.1 前驱体的SEM表征和EDS分析 |
| 4.3.2 前驱体的XRD表征 |
| 4.4 产物的形貌和结构表征 |
| 4.4.1 产物的结构示意图 |
| 4.4.2 产物的SEM表征和EDS分析 |
| 4.4.3 产物的XRD表征 |
| 4.5 电极的电化学性能表征 |
| 4.5.1 不同Co/Ni 比例电极的首周充放电曲线 |
| 4.5.2 不同Co/Ni 比例电极的循环性能 |
| 4.5.3 不同Co/Ni 比例电极的电压衰减情况 |
| 4.6 电极的OEMS测试 |
| 4.6.1 NCM 811材料首周充放电过程中的OEMS测试 |
| 4.6.2 不同Co/Ni比例材料首周OEMS测试 |
| 4.7 电极的in situ XRD测试 |
| 4.7.1 前三周充放电过程 in situ XRD 3D结构变化简图 |
| 4.7.2 前三周充放电过程中对应的in situ XRD等高图和局部3D放大图 |
| 4.7.3 充放电过程对应的晶胞参数变化 |
| 4.7.4 充放电过程中放电区域的划分 |
| 4.8 电极循环过程中微分容量曲线区域划分及其变化过程 |
| 4.9 电极循环前后非原位表征 |
| 4.9.1 Ex situ XRD表征 |
| 4.9.2 TEM表征 |
| 4.9.3 Raman表征 |
| 4.10 电压衰减演化过程机理示意图 |
| 4.11 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 调控Mn/(Ni+Co)比例改善富锂锰基层状正极材料电压衰减 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 不同Mn/(Co+Ni)比例富锂锰基层状正极材料的合成 |
| 5.3 前驱体的形貌及结构表征 |
| 5.3.1 前驱体的SEM表征和EDS分析 |
| 5.3.2 前驱体的XRD表征 |
| 5.4 产物的形貌和结构表征 |
| 5.4.1 产物的SEM表征和EDS分析 |
| 5.4.2 产物的XRD表征 |
| 5.5 电极的电化学性能表征 |
| 5.5.1 不同Mn/(Co+Ni)比例电极材料首周充放电曲线 |
| 5.5.2 电极材料的循环性能及对应电压衰减 |
| 5.5.3 电极材料循环过程中容量归一化曲线及对应周数的微分容量曲线分析 |
| 5.6 电极材料的改性 |
| 5.6.1 实验设计与改性方法 |
| 5.6.2 材料表征 |
| 5.6.3 改性材料的电化学性能表征 |
| 5.6.4 电极材料循环过程中容量归一化曲线及对应周数的微分容量曲线 |
| 5.7 电极材料的OEMS测试 |
| 5.7.1 不同Mn/(Co+Ni)比例材料OEMS测试 |
| 5.7.2 Mn/(Co+Ni)=1.10及经不同处理后所得材料的OEMS测试 |
| 5.8 电极材料的in situ XRD测试 |
| 5.8.1 材料充放电过程中对应的晶胞参数变化 |
| 5.8.2 材料充放电过程中晶胞参数a值的变化 |
| 5.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 高镍金属氧化物正极材料的合成及锂离子脱嵌机理研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 NCM 811前驱体的合成 |
| 6.3 前驱体的形貌及结构表征 |
| 6.3.1 前驱体的形貌 |
| 6.3.2 前驱体的相结构 |
| 6.4 产物的形貌和元素分布表征 |
| 6.5 煅烧气氛对NCM 811材料结构与性能的影响 |
| 6.6 煅烧温度对NCM 811材料结构与性能的影响 |
| 6.7 运用in situ XRD研究NCM 811材料循环伏安过程中结构变化 |
| 6.7.1 NCM 811材料循环伏安曲线 |
| 6.7.2 In situ XRD技术观察NCM 811材料3.0～4.3 V区间CV过程结构变化 |
| 6.7.3 In situ XRD技术研究NCM 811材料3.0～5.0 V电压区间CV过程的结构演化 |
| 6.8 电极材料恒流充放电过程中结构变化 |
| 6.8.1 In situ XRD测试恒流充放电过程中的结构变化图 |
| 6.8.2 运用in situ XRD探索NCM 811材料首周恒流充电过程中极化对材料结构变化的影响 |
| 6.8.3 In situ XRD表征材料在大倍率充放电过程中的结构演化 |
| 6.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 不足 |
| 7.4 展望 |
| 攻读博士学位期间发表和交流的论文 |
| 致谢 |
（6）锂离子电池高比容量层状金属氧化物的制备、性能与原位XRD研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锂离子电池概述 |
| 1.2.1 锂离子电池的工作原理 |
| 1.2.2 锂离子电池的特点 |
| 1.2.3 锂离子电池的组成 |
| 1.3 锂离子电池正极材料的研究进展 |
| 1.3.1 LiMPO_4(M=Fe, Co, Ni, Mn)型聚阴离子材料 |
| 1.3.1.1 LiFePO_4 |
| 1.3.1.2 LiMnPO_4 |
| 1.3.1.3 LiCoPO_4 |
| 1.3.2 AB_2O_4尖晶石型材料 |
| 1.3.3 层状金属氧化物(LiMO_2)材料 |
| 1.3.3.1 LiCoO_2 |
| 1.3.3.2 LiNiO_2 |
| 1.3.3.3 LiMn_2 |
| 1.3.3.4 LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2 |
| 1.3.4 LiCo_xNi_yMn_zO_2 (x+y+z=1) |
| 1.3.4.1 LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2 |
| 1.3.4.2 富镍层状正极氧化物 |
| 1.3.5 xLi_2MnO_3·(1-x)LiMO_2 (M=Ni,Co,Mn,Fe,Cr et al) |
| 1.4 本论文的研究目的与设想 |
| 参考文献 |
| 第二章 实验部分 |
| 2.1 实验原料和主要仪器 |
| 2.1.1 实验原料 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 材料制备 |
| 2.2.1 活性材料制备 |
| 2.2.2 电极片的制备 |
| 2.3 电池的组装 |
| 2.4 实验的表征手段 |
| 2.4.1 材料的结构与形貌测试技术 |
| 2.4.2 材料的电化学性能测试 |
| 参考文献 |
| 第三章 富锂锰基层状Li_(1.23)Ni_(0.09)Co_(0.12)Mn_(0.56)O_2正极材料的简易合成与首次充放电下局部结构转变的原位XRD探究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 溶液蒸发法制备Li_(1.23)Ni_(0.09)Co_(0.12)Mn_(0.56)O_2 |
| 3.3 Li_(1.23)Ni_(0.09)Co_(0.12)Mn_(0.56)O_2材料的结构与形貌分析 |
| 3.4 Li_(1.23)Ni_(0.09)Co_(0.12)Mn_(0.56)O_2正极材料的电化学性能 |
| 3.6 Li_(1.23)Ni_(0.09)Co_(0.12)Mn_(0.56)O_2充放电过程的原位XRD和非原位TEM分析 |
| 3.6.1 新相β-MnO_2生成及其转变 |
| 3.6.2 主要衍射峰的变化 |
| 3.6.3 晶胞参数和层状特征指标的变化 |
| 3.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 多电位阶跃与原位XRD联用技术对富锂锰基层状Li_(1.22)Ni_(0.10)Co_(0.13)Mn_(0.55)O_2正极的动力学与结构变化研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 水溶蒸发法制备Li_(1.22)Ni_(0.10)Co_(0.13)Mn_(0.55)O_2正极材料 |
| 4.3 多电位阶跃-原位XRD实验设计 |
| 4.4 Li_(1.22)Ni_(0.10)Co_(0.13)Mn_(0.55)O_2的结构表征 |
| 4.5 Li_(1.22)Ni_(0.10)Co_(0.13)Mn_(0.55)O_2的电化学性能 |
| 4.6 多电位阶跃-原位XRD分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 富锂锰基层状氧化物在首次充电过程中在原子尺度上关于结构演化的新认识 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Li_(1.2)Ni_(0.12)Co_(0.15)Mn_(0.53)O_2的制备与合成 |
| 5.3 Li_(1.2)Ni_(0.12)Co_(0.15)Mn_(0.53)O_2的结构与电化学性能表征 |
| 5.5 X射线衍射分析 |
| 5.6 恒电流间歇滴定法 |
| 5.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 多技术联用原位研究层状正极材料LINI_(0.5)CO_(0.2)MN_(0.3)O_2过充下性能的衰减机理 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的合成与制备 |
| 6.3 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的原位XRD-PITT-EIS测试 |
| 6.4 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的第一性原理计算 |
| 6.5 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的结构和电化学性能 |
| 6.6 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2正极材料的原位X射线衍射分析 |
| 6.7 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2的相转变态密度泛函分析 |
| 6.8 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2充放电状态的恒电位间歇滴定分析 |
| 6.9 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2充放电过程的原位电化学阻抗分析 |
| 6.10 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2充放电状态的非原位透射电子显微镜分析 |
| 6.11 LiNi_(0.5)Mn_(0.3)Co_(0.2)O_2多周循环的透射电子显微镜分析 |
| 6.12 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 结论与建议 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 建议 |
| 作者攻读博士期间发表的论文和获得的奖项 |
| 致谢 |
（7）锂离子电池高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的合成研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锂离子电池概述 |
| 1.2.1 锂离子电池基本结构 |
| 1.2.2 锂离子电池的工作原理 |
| 1.2.3 锂离子电池的特点 |
| 1.3 锂离子电池正极材料 |
| 1.3.1 层状LiCoO_2材料 |
| 1.3.2 层状LiNiO_2材料 |
| 1.3.3 三元层状LiNi_xCoyMn_(1x)yO_2材料 |
| 1.3.4 橄榄石型LiFePO_4材料 |
| 1.3.5 尖晶石型LiMn_2O_4材料 |
| 1.4 尖晶石型LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料 |
| 1.4.1 研究进展 |
| 1.4.2 结构特点 |
| 1.4.3 合成方法 |
| 1.4.4 颗粒形貌、尺寸与电化学性能关系 |
| 1.4.5 存在问题 |
| 1.5 本文主要研究意义、目标及内容 |
| 1.5.1 本文研究意义 |
| 1.5.2 本文研究目标 |
| 1.5.3 本文研究内容 |
| 第二章 实验部分 |
| 2.1 实验药品和仪器设备 |
| 2.2 材料合成 |
| 2.3 材料表征 |
| 2.3.1 材料热分析(TG-DTA) |
| 2.3.2 材料热分析-质谱测试(TD/DTA-MS) |
| 2.3.3 材料物相分析(XRD) |
| 2.3.4 材料元素分析(XPS) |
| 2.3.5 材料微观形貌分析(SEM) |
| 2.4 电池的制作 |
| 2.4.1 电极的制备 |
| 2.4.2 电池的组装 |
| 2.5 材料的电化学测试 |
| 第三章 熔盐法合成尖晶石型LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 材料制备 |
| 3.3 使用单一NaCl熔盐合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料 |
| 3.3.1 烧结温度对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的影响 |
| 3.3.2 退火时间对LiNi_(0.5)Mn1_(1.5)O_4材料的影响 |
| 3.3.3 锂含量对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料的影响 |
| 3.4 使用单一 KCl熔盐合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4材料 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 卤化物对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4八面体晶粒形成的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 材料制备 |
| 4.3 前驱体中含氯化物时对材料颗粒形貌的影响 |
| 4.3.1 前驱体中含NiCl_2时对材料颗粒形貌的影响 |
| 4.3.2 前驱体中添加NH_4Cl时对材料颗粒形貌的影响 |
| 4.4 前驱体中含卤化物时对材料颗粒形貌的影响 |
| 4.4.1 氯化物作为锂源或镍源时对颗粒形貌的影响 |
| 4.4.2 前驱体中添加NH_4Cl或HCl时对颗粒形貌的影响 |
| 4.4.3 溴化物作为锂源或镍源时对颗粒形貌的影响 |
| 4.4.4 氟化物作为锂源或镍源时对颗粒形貌的影响 |
| 4.5 电化学性能测试分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录: 发表论文及参与基金 |
（8）层状富锂锰氧化物锂离子电池正极材料中的几个关键科学问题研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 储能技术的发展 |
| 1.3 锂离子电池基础理论 |
| 1.3.1 锂离子电池特性 |
| 1.3.2 锂离子电池的发展历史 |
| 1.3.3 锂离子电池的储能原理及储锂机制 |
| 1.4 锂离子电池电极材料 |
| 1.4.1 电极材料的选择依据 |
| 1.4.2 锂离子电池正极材料 |
| 1.4.3 锂离子电池负极材料 |
| 第2章 层状富锂锰氧化物正极材料综述 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 层状富锂锰氧化物正极材料的发展历史 |
| 2.3 层状富锂锰氧化物正极材料的基础科学问题 |
| 2.3.1 层状富锂锰氧化物正极材料中结构问题 |
| 2.3.2 层状富锂锰氧化物正极材料充放电过程中的电化学反应机理 |
| 2.3.3 层状富锂锰氧化物正极材料容量/电压衰减机理 |
| 2.3.4 层状富锂锰氧化物正极材料动力学性能 |
| 2.3.5 层状富锂锰氧化物正极材料首次不可逆容量 |
| 2.4 层状富锂锰氧化物正极材料主要研究体系、研究进展及改性方法 |
| 2.4.1 Li_2MnO_3体系 |
| 2.4.2 Li_2MnO_3-LiCoO_2体系 |
| 2.4.3 Li_2MnO_3-LiNiO_2体系 |
| 2.4.4 Li_2MnO_3-LiNiO_2-LiCoO_2-LiMnO_2体系 |
| 2.5 研究思路的提出 |
| 第3章 实验内容及研究方法 |
| 3.1 实验药品及材料制备 |
| 3.1.1 实验药品及仪器设备 |
| 3.1.2 材料制备方法 |
| 3.1.3 电极制备及电池组装 |
| 3.2 研究方法 |
| 3.2.1 恒流充放电测试 |
| 3.2.2 电化学阻抗谱(EIS)及其电极过程动力学研究 |
| 3.2.3 XRD结构表征及Rietveld精修 |
| 3.2.4 透射电子显微镜(TEM)及电子衍射分析 |
| 3.2.5 扫描电子显微镜(SEM)表征 |
| 3.2.6 X射线光电子能谱(XPS)分析 |
| 3.2.7 拉曼光谱(Raman)分析 |
| 第4章 新型粘结剂羧甲基纤维素钠(CMC)提高层状富锂锰氧化物正极材料的循环稳定性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验内容 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 CMC提高LNCMO正极材料的循环稳定性 |
| 4.3.2 CMC提高LNCMO正极材料循环过程电极结构稳定性 |
| 4.3.3 CMC抑制LNCMO正极材料循环过程中容量/电压衰减 |
| 4.3.4 CMC抑制LNCMO正极材料循环过程中金属元素的溶解 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 层状富锂锰氧化物正极材料热处理过程中的相变机理及电化学特性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 LNCMO正极材料热处理过程中的相变过程与相变机理 |
| 5.3.2 LNCMO正极材料热处理过程中结构与电化学性能的关系 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 层状富锂锰氧化物正极材料循环过程中的相变机理及其电化学特性研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 LNCMO正极材料首次循环过程中的相变过程及循环特性 |
| 6.3.2 不同截止电压范围条件下LNCMO正极材料的电化学性能 |
| 6.3.3 LNCMO正极材料的循环过程中的倍率特性 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 层状富锂锰氧化物正极材料循环过程中的协同作用机理研究 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验部分 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.3.1 不同X的LNCMO正极材料的结构与形貌分析 |
| 7.3.2 不同X的LNCMO正极材料中的协同作用机理 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 层状富锂锰氧化物正极材料中各组分的作用及作用机理研究 |
| 8.1 引言 |
| 8.2 实验部分 |
| 8.3 结果与讨论 |
| 8.3.1 Li对LNCMO正极材料结构与电化学性能的影响 |
| 8.3.2 Ni对LNCMO正极材料结构与电化学性能的影响 |
| 8.3.3 LiNiO_2组分对LNCMO正极材料结构与电化学性能的影响 |
| 8.3.4 Co对LNCMO正极材料结构与电化学性能的影响 |
| 8.3.5 LiCoO_2组分对LNCMO正极材料结构与电化学性能的影响 |
| 8.3.6 Mn对LNCMO正极材料结构与电化学性能的影响 |
| 8.3.7 LiMn2O_4对LNCMO正极材料结构与电化学性能的影响 |
| 8.4 本章小结 |
| 第9章 Mg~(2+)离子替代提高层状富锂锰氧化物正极材料循环稳定性及动力学性能 |
| 9.1 引言 |
| 9.2 实验内容 |
| 9.3 结果与讨论 |
| 9.3.1 Mg~(2+)离子替代提高LNCMO正极材料中Li_2MO_3相分度 |
| 9.3.2 Mg~(2+)离子替代提高LNCMO正极材料的电化学容量 |
| 9.3.3 Mg~(2+)离子替代提高LNCMO正极材料的循环稳定性 |
| 9.3.4 Mg~(2+)离子替代提高LNCMO正极材料的动力学性能 |
| 9.4 本章小结 |
| 第10章 原位析出氧化物包覆提高层状氧化物正极材料的电化学性能 |
| 10.1 引言 |
| 10.2 实验部分 |
| 10.3 结果与讨论 |
| 10.3.1 原位析出Er_2O_3包覆LNCMO正极材料的结构与形貌分析 |
| 10.3.2 原位析出Er_2O_3包覆提高LNCMO正极材料的首次库伦效率 |
| 10.3.3 原位析出Er_2O_3包覆提高LNCMO正极材料的循环稳定性 |
| 10.4 本章小结 |
| 第11章 主要结论与展望 |
| 11.1 主要结论 |
| 11.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间主要的研究成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（9）锰基层状氧化物作为锂二次电池正极材料的合成与改性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 锂离子电池简介 |
| 1.2.1 锂离子电池的发展历史 |
| 1.2.2 锂离子电池的组成及工作原理 |
| 1.2.3 锂离子电池的优点 |
| 1.2.4 锂离子电池正极材料的要求 |
| 1.3 典型的锂离子电池正极材料 |
| 1.3.1 层状结构化合物LiMn_xCo_yNi_zO_2 |
| 1.3.2 尖晶石结构化合物LiMn_2O_4 |
| 1.3.3 聚阴离子型化合物LiMPO_4、Li_2MSiO_4(M=Fe,Mn) |
| 1.4 层状锰基富锂正极材料的发展现状 |
| 1.4.1 材料的结构 |
| 1.4.2 材料的脱嵌锂机理 |
| 1.4.3 材料的研究进展 |
| 1.5 层状富钠正极材料的可行性分析 |
| 1.6 本论文的选题思路及研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 溶胶-凝胶法合成层状富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2温度的优化和材料结构的认知 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 材料的合成 |
| 2.2.2 材料的表征 |
| 2.2.3 材料的电化学性能测试 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 V_2O_5对富锂层状氧化物正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)O_2的改性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 材料的合成 |
| 3.2.2 材料的表征 |
| 3.2.3 电化学性能测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 材料的晶相分析 |
| 3.3.2 材料的形貌分析 |
| 3.3.3 材料的XPS分析 |
| 3.3.4 材料的电化学性能分析 |
| 3.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 高性能层状-尖晶石集成结构的Li_2MnO_3纳米棒的合成及其电化学性能的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 材料的合成 |
| 4.2.2 材料的表征 |
| 4.2.3 电化学性能测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 材料的晶相和形貌分析 |
| 4.3.2 材料的Raman光谱和XPS能谱分析 |
| 4.3.3 材料的ICP-AES结果分析 |
| 4.3.4 材料的微区精细结构分析 |
| 4.3.5 材料的电化学性能分析 |
| 4.3.6 材料循环后的形貌分析 |
| 4.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 高性能、分级结构的富锂氧化物纳米线的合成及其电化学性能的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 材料的合成 |
| 5.2.2 材料的表征 |
| 5.2.3 电化学性能测试 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 材料的晶相和形貌分析 |
| 5.3.2 材料的ICP-AES结果分析 |
| 5.3.3 材料的电化学性能分析 |
| 5.3.4 材料循环后的形貌和结构分析 |
| 5.3.5 合成Li_(1.15)Mn_(0.54)Co_(0.23)Ni_(0.08)O_2纳米线的必需条件 |
| 5.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 {010}晶面暴露的钠离子电池正极材料Na_(0.5)[Mn_(0.65)Co_(0.20)Ni_(0.15)]O_2纳米片的合成及其电化学性能的研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.2.1 材料的合成 |
| 6.2.2 材料的表征 |
| 6.2.3 电化学性能测试 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 材料的晶相分析 |
| 6.3.2 材料的形貌和精细结构分析 |
| 6.3.3 材料的电化学性能分析 |
| 6.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 思考与展望 |
| 攻博期间发表的科研成果 |
| 致谢 |
（10）锂离子电池正极材料LiMn2O4的合成条件优化及表面包覆改性（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 锂离子电池的历史及工作原锂 |
| 1.2.1 锂离子电池介绍 |
| 1.2.2 锂离子电池工作原理 |
| 1.3 锂离子电池正极材料 |
| 1.3.1 LiMO_2类正极材料 |
| 1.3.2 Li[Ni,Co,Mn]O_2类多元正极材料 |
| 1.3.3 LiFePO_4正极材料 |
| 1.3.4 Li_2FeSiO_4正极材料 |
| 1.4 LiMn_2O_4正极材料 |
| 1.4.1 LiMn_2O_4的晶体结构 |
| 1.4.2 LiMn_2O_4的充放电机理 |
| 1.4.3 LiMn_2O_4的容量衰减机理 |
| 1.4.4 LiMn_2O_4的研究进展 |
| 1.5 本论文的工作内容及意义 |
| 第二章 实验与测试方法 |
| 2.1 实验原料及器材列表 |
| 2.2 材料的合成 |
| 2.3 材料的分析表征 |
| 2.3.1 热失重分析 |
| 2.3.2 物相结构表征 |
| 2.3.3 表面形貌表征 |
| 2.3.4 粒度分布表征 |
| 2.4 材料的电化学性能测试 |
| 2.4.1 极片制作 |
| 2.4.2 模拟电池装配 |
| 2.4.3 充放电循环测试 |
| 2.4.4 高温充放电循环实验 |
| 2.4.5 循环伏安测试 |
| 2.4.6 交流阻抗测试 |
| 第三章 LiMn_2O_4的沉淀法合成 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 样品合成 |
| 3.2.1 前驱体制备 |
| 3.2.2 热处理工艺 |
| 3.3 样品表征测试 |
| 3.3.1 结构形貌表征 |
| 3.3.2 电化学性能测试 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 LiMn_2O_4的熔融浸渍法合成 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 样品合成 |
| 4.2.1 锰源预处理 |
| 4.2.2 热处理工艺 |
| 4.3 表征测试 |
| 4.3.1 锰源形貌表征 |
| 4.3.2 LiMn_2O_4样品形貌结构表征 |
| 4.3.3 LiMn_2O_4样品的电化学性能测试 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 LiMn_2O_4的高温固相法合成 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 原料混合物热失重分析 |
| 5.3 热处理工艺优化 |
| 5.3.1 煅烧方式的影响 |
| 5.3.2 终烧温度的影响 |
| 5.3.3 保温时间的影响 |
| 5.3.4 退火速度的影响 |
| 5.3.5 配锂量的影响 |
| 5.3.6 热处理工艺总结 |
| 5.4 混料工艺优化 |
| 5.4.1 锰源预处理 |
| 5.4.2 锂锰源粒度分布对比 |
| 5.4.3 样品形貌表征 |
| 5.4.4 样品电化学性能测试 |
| 5.4.5 混料工艺总结 |
| 5.5 综合电化学性能测试 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 LiMn_2O_4的表面包覆改性 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 包覆金属氧化物 |
| 5.2.1 包覆Al_2O_3 |
| 6.2.2 包覆MgO |
| 6.2.3 包覆ZnO |
| 6.2.4 样品形貌结构表征 |
| 6.2.5 样品常温电化学测试 |
| 6.2.6 样品高温电化学性能测试 |
| 6.3 包覆Li_4Ti_5O_(12) |
| 6.3.1 样品形貌结构表征 |
| 6.3.2 样品常温电化学测试 |
| 6.3.3 样品高温电化学性能测试 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间的研究成果 |
四、球磨处理尖晶石相LiMn_2O_4的结构及性能（论文参考文献）
- [1]高性能锂离子电池电极材料的静电纺丝技术制备与改性[D]. 丁夏楠. 北京科技大学, 2020(01)
- [2]废旧锂离子电池中LiMn2O4正极材料的再利用研究[D]. 聂雪娇. 东北师范大学, 2020(02)
- [3]锰基氧化物纳米材料的合成与电化学性能研究[D]. 高衍深. 长春理工大学, 2019(01)
- [4]锂离子电池锰酸锂正极材料的制备与改性研究[D]. 潘凯孟. 华中科技大学, 2019(03)
- [5]富锂锰基层状正极材料和高镍金属氧化物正极材料的制备、结构和性能研究[D]. 沈守宇. 厦门大学, 2018(12)
- [6]锂离子电池高比容量层状金属氧化物的制备、性能与原位XRD研究[D]. 沈重亨. 厦门大学, 2017(01)
- [7]锂离子电池高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的合成研究[D]. 梁昌清. 昆明理工大学, 2017(05)
- [8]层状富锂锰氧化物锂离子电池正极材料中的几个关键科学问题研究[D]. 张世明. 浙江大学, 2016(05)
- [9]锰基层状氧化物作为锂二次电池正极材料的合成与改性研究[D]. 何会兵. 武汉大学, 2016(01)
- [10]锂离子电池正极材料LiMn2O4的合成条件优化及表面包覆改性[D]. 刘宏基. 电子科技大学, 2012(07)