高电压尖晶石型镍锰酸锂微纳米材料的合成、表征及电化学性能研究

【摘要】本论文主要研究了具有高能量密度的高电压尖晶石型镍锰酸锂微纳米正极材料的合成、表征及电化学性能。微观形貌可控的镍锰酸锂由两步法制得：第一步是通过水热和溶剂热制得形貌均一的MnO2或者Mn3/4Ni1/4CO3微纳米前驱体,第二步是通过固相法与其他反应物反应得到最终产物。在合成过程中,通过控制调整前驱体、其他反应物、温度条件等因素,得到了一系列具有不同晶体结构、微观形貌的产物,研究了物相、微观形貌对其作为锂离子电池正极材料的电学性能的影响,从而得出相应的规律和结论。主要内容介绍如下：1.详细介绍了电池材料的特征特性和研究背景,尤其是正极材料。阐述了尖晶石型镍锰酸锂研究的主要内容及重要意义。2.将水热合成出的MnO2海胆状微米球前驱体与氢氧化锂、硝酸镍通过湿法混合后进行热处理,700°C条件煅烧所得产物的形貌仍然呈现海胆状,而800°C下,产物则为由纳米颗粒组成的微米球。另外我们在降温过程中,分别采用自然降温和600°C下退火处理,这两种方式使我们得到晶体结构不同的尖晶石型镍锰酸锂微纳米材料,附加的退火处理可以使产物基本由面心立方相(Fd-3m)转变为简单立方相(P4332)。结合以往在区分这两相的一些工作和认识,我们采用了从材料整体到微区的多种材料表征手段来区分和认识材料的结构特性,通过高分辨率透射电子显微镜及X射线能谱分析附件,在任意被检测的纳米颗粒上发现800°C煅烧后自然降温所得样品存在明显的两相共存现象并伴随不同的Mn/Ni比。电学测试表明800°C下所得复合相产物在倍率性能和循环稳定性上较其他产物更为优异。3.以水热合成Mn3/4Ni1/4CO3微米球为前驱体,通过分别和两种不同锂源(氢氧化锂和碳酸锂)混合后加热得到孔径情况不同的微米球。通过扫描电镜观察和Brunauer-Emmett-Teller比表面分析,得出其中与氢氧化锂反应得到产物孔径较小,比表面较大,而与碳酸锂反应得到多孔微米球情况相反。电池测试显示孔径较大材料性能尤其是大倍率性能明显优异,在50C(7.35A·g-1)下,比容量依然达到了101.7mAh·g-1,而孔径小、比表面大的材料只有14mAh·g-1,伴随着严重的极化。同样的差别也显示在他们的循环稳定性上,在10C循环100圈后,他们的容量分别为122.8和88mAh·g-1这样的性能差异,我们将其归结为两方面原因：一方面,小孔径带来的较大比表面会增加电极材料与电解液的不良反应,这种效应对于高电压材料会尤为突出；另一方面,我们通过高分辨率电镜观测循环后电极材料表面的变化发现一层纳米级的固体电解质界面膜,可能堵塞了小孔,影响材料的连续性。最后我们还将孔较大的镍锰酸锂微米球与商业化的钛酸锂负极材料组装全电池进行测试,发现这种全电池具有较高的容量和倍率性能,具有应用前景。
【作者】朱晓波；
【导师】钱逸泰；
【作者基本信息】中国科学技术大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】尖晶石型镍锰酸锂；高电压正极材料；两步法合成；前驱体；结构特性；锂离子电池；

【参考文献】
[1]邹涛.智能网络入侵检测系统关键技术研究[D].国防科学技术大学,2004.
[2]连文娟.【沉醉东风】曲牌研究[D].河北大学,中国古代文学,2014,硕士.
[3]瞿婷.七宝镇商城商贸公司薪酬管理改革案例研究[D].华东理工大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[4]刘佳.外源物质对番茄幼苗灰霉病抗性诱导效应的研究[D].吉林农业大学,蔬菜学,2012,硕士.
[5]VUQUOCPHUONG.VinGroup集团应对越南房地产市场泡沫的措施研究[D].湖南师范大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[6]黄海林.任意公开宣告逻辑对证实原则的逻辑分析[D].西南大学,逻辑学,2013,硕士.
[7]张卫萍.消费者民族中心主义对大学生购买意愿影响的实证研究[D].西安科技大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[8]陈平,李庆民,张黎.电网瞬时频率的一种跟踪算法[J].电力系统自动化,2007,01:80-84.
[9]苏红.海事公约英语词汇增长模式研究[D].大连海事大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[10]段超.谈二胡协奏曲《雪山魂塑》中的音乐形象塑造[D].中央音乐学院,二胡,2012,硕士.
[11]李舜江.基于射频识别技术的智能公交扣费系统的设计[D].青岛大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[12]李祎鋆.基于Labview的汽车天窗在线异响检测系统开发[D].上海交通大学,车辆工程,2013,硕士.
[13]董静.纸币鉴伪系统设计与磁图像特征识别方法研究[D].北方工业大学,控制工程,2014,硕士.
[14]陈福锋,钱国明,薛明军.适用于串联电容补偿线路的距离保护新原理[J].电力系统自动化,2010,12:61-66.
[15]李子新.车载DVD视盘机质量改进研究[D].华南理工大学,工业工程,2012,硕士.
[16]刘杨.城市污泥中环境激素4-t-辛基酚的生物降解及其固定化微生物应用[D].扬州大学,环境科学,2012,硕士.
[17]张东升.数据挖掘中的演化数据聚类算法研究[D].杭州电子科技大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[18]吕佳霖.人际信任、风险倾向对大学生风险决策的影响[D].湖南师范大学,应用心理（专业学位）,2014,硕士.
[19]彭艳娟.当前我国居民收入分配公平问题研究[D].河南农业大学,马克思主义中国化研究,2012,硕士.
[20]滕野.基于VCSEL短距离多模光纤通信的建模与仿真[D].北京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[21]马静.从《都柏林人》看乔伊斯笔下的城市书写[D].西北民族大学,比较文学与世界文学,2012,硕士.
[22]杨波,张国亮,赖春芳,温彩哨,曹荣,吴蓉蓉.新型膜吸收技术及其在电厂烟气CO_2脱除中的应用[J].热力发电,2012,08:107-110.
[23]何灵.科学发展观的统筹兼顾思想解析[D].东北大学,马克思主义哲学,2010,硕士.
[24]武智慧.考虑统一潮流控制器的电力系统优化潮流研究[D].沈阳工业大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[25]汤爱中.水源地水质评价及预测方法研究[D].浙江大学,2013.
[26]史亚楠.慢性阻塞性肺疾病大鼠肺组织MMP-8、MMP-9、MMP-12和TIMP-1、TIMP-4的表达及辛伐他汀对其的影响[D].河北医科大学,内科学,2013,硕士.
[27]顾栋.基于有机—有机共组装的介孔材料：合成、机理及性质[D].复旦大学,2011.
[28]王晓玲.中国共产党思想政治教育宣传标语研究[D].兰州大学,思想政治教育,2014,硕士.
[29]肖倩.自大自豪与真正自豪对他人评价的不同影响[D].西南大学,应用心理学,2014,硕士.
[30]周全,汪岳峰,魏大鹏.基于蓝宝石基底转移石墨烯的中波红外透过光谱分析[J].红外技术,2014,09:695-699.
[31]张燕.邓小平对毛泽东经济建设思想的继承和发展[D].山东财经大学,马克思主义中国化研究,2014,硕士.
[32]栗润德,张鸿儒,刘维宁.地铁引起的地面振动及其对精密仪器的影响[J].岩石力学与工程学报,2008,01:206-214.
[33]孙亚楠.八年级学生数学思维障碍研究[D].河北师范大学,学科教学,2014,硕士.
[34]周胜南.书场·社会·人[D].上海戏剧学院,戏剧戏曲学,2014,博士.
[35]张兴,邵章平,王付胜,刘萍.非隔离型三相三电平光伏逆变器的共模电流抑制[J].中国电机工程学报,2013,03:29-36+18.
[36]张鹏.基于低碳经济的闭环物流网络设计研究[D].燕山大学,工业工程,2013,硕士.
[37]贺晶.梅花形药型罩聚能装药侵彻混凝土的数值模拟[D].中北大学,火炮、自动武器与弹药工程,2014,硕士.
[38]杨润佳,丁琳,罗艳辉,林金莺,郑佳如,崔昊鹏,刘鹏.马铃薯涂膜-微波复合膨化工艺的研究[J].河南工业大学学报(自然科学版),2014,06:89-92.
[39]施毅,金智,傅云义,于贵,吴南健,李昀.碳基纳米技术[J].中国科学:信息科学,2012,12:1631-1643.
[40]石雯.理想大众与约翰·费斯克的大众文化理论[D].华中师范大学,文艺学,2013,硕士.
[41]唐亚龙.集装箱海铁联运班列开行方案研究[D].北京交通大学,运输与物流,2013,硕士.
[42]张亮.程控交换系统综合数据仓库的构建[J].通信世界,2002,24:59.
[43]庹春艳.俄罗斯留学生习得汉语声母的偏误研究[D].华中师范大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[44]郭金林.跨摄像头车辆跟踪技术研究与实现[D].华中师范大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[45]王楠.论国家工作人员职务犯罪的法律规制[D].山东大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[46]林乾炤.穴位埋线疗法治疗支气管哮喘的临床研究[D].浙江中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2014,硕士.
[47]任立改.我国企业并购重组的税收政策研究[D].石家庄经济学院,会计学,2013,硕士.
[48]杜娟.电子信息化视野下公共就业服务发展研究[D].中原工学院,科学技术哲学,2012,硕士.
[49]吴杰.输电线路施工项目管理优化研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[50]王雪雁.公司治理结构的国际比较和借鉴[D].吉林大学,世界经济,2004,硕士.