Fe-Mn基富锂正极材料的制备及电化学性能研究

摘要

由于在锂离子电池中，正极材料的容量成为了制约锂离子电池容量的短板。富锂锰基正极材料是一类容量较高的正极材料，其中Fe-Mn基正极材料具有较低的成本，更是引人注目。

但Fe-Mn基正极材料还存在首次循环库仑效率低、电压和容量衰减严重、倍率性能较差等问题，期望通过改性工作使它的电化学性能有所改善，向工业化生产更进一步。

本文在诸多的改性操作中选择了使用Nb进行掺杂改性，期望能从晶体结构上有所影响，进而得到电化学性能较为优异、更加适合商品化应用的Fe-Mn基正极材料。

设计了Fe-Mn基正极材料Li1.2Fe0.1Ni0.15Mn0.55O2纯相和Nb掺杂样品的制备流程，并通过自蔓延溶胶凝胶法制备出了煅烧温度为700℃的纯相样品，结果分析中确实出现了其较大的首次循环容量损失（30.8%），0.1C下循环50次后，样品展现了较差的电压保持率（81.5%）和容量保持率（57.4%），证明了改性研究的必要性。

通过Zr、Ti、Cr等其他改性案例，推测预估了Nb掺杂可能对Li1.2Fe0.1Ni0.15Mn0.55O2的循环稳定性、倍率性能等产生一定的积极影响，但应当有一个最佳的掺杂量使材料的电化学性能达到较为优良。

关键词： 锂离子电池，富锂锰基正极材料，自蔓延溶胶凝胶法，离子掺杂

摘要

Abstract

1引言

1.1锂离子电池正极材料研究进展

1.1.1层状结构正极材料

1.1.2尖晶石结构正极材料

1.1.3橄榄石结构正极材料

1.2富锂锰基正极材料研究进展

1.2.1富锂锰基正极材料简介

1.2.2 Fe-Mn基富锂材料

1.2.3铁镍锰型富锂锰基材料

1.2.4富锂锰基正极材料存在的问题

1.2.5 Fe-Mn富锂正极材料的改性

1.3选题来源及内容

2 Fe-Mn基正极材料制备及改性研究方案设计

2.1研究工作总体方案

2.2实验材料及仪器

2.3 Fe-Mn基正极材料制备实验方法

2.3.1自蔓延溶胶凝胶法制备Fe-Mn基富锂正极材料原理

2.3.2 Fe-Mn基富锂正极材料纯相电极材料的制备

2.3.3 Nb5+掺杂Fe-Mn基富锂正极材料的制备

2.3.4电极极片制作及电池组装

2.4物理化学性能测试表征

2.4.1 X射线衍射分析（XRD）

2.4.2扫描电子显微镜表征（SEM）

2.4.3透射电子显微镜表征（TEM）

2.4.4 X射线光电子能谱表征（XPS）

2.5电化学性能测试表征

2.5.1恒电流充放电测试

2.5.2循环伏安测试

2.5.3电化学阻抗谱测试

2.6本章小结

3案例分析及预期结果

3.1微观结构

3.1.1 XRD

3.1.2 SEM

3.1.3 TEM

3.1.4 XPS

3.2电化学性能

3.2.1充放电测试

3.2.2循环伏安测试

3.2.3电化学阻抗测试

3.3纯相数据分析

3.4本章小结

4结论

参考文献

致谢