硫酸根掺杂对富锂锰基层状氧化物正极材料电化学性能的影响任务书

 2021-11-25 10:11

1. 毕业设计(论文)主要内容:

选题的意义和目的

锂离子电池是一种最有发展前景的二次电池,由于其比能量高、放电电压高、工作温度范围宽和自放电小等特性而备受青睐。锂离子电池的性能和成本主要取决于锂离子电池正极材料,相比与其它的商业化的正极材料LiCoO2,LiMn2O4和LiFePO4等,富锂锰基层状氧化物(LLOs)最大的优势是它的高放电比容量(250-300 mAh/g)和低成本。然而,这种材料在实际应用过程中存在循环稳定性差,电压衰退,倍率差同时库伦效率尤其首圈库伦效率(ICE)低等缺陷。产生这些缺陷的根源是该材料特殊的氧的氧化还原机制所带来的过渡金属离子迁移,进一步诱发相的转变和颗粒的分解,从而造成材料的性能恶化。通过对材料进行掺杂改性,可以根本上来调控体相中晶格氧的电子结构,修饰原子之间键合方式或者取代部分原子的晶格占位,从而一定程度上来控制氧氧化还原的可逆性,抑制相的转变,提高LLOs的电化学性能。本实验中,我们选择了成本更低廉的无钴富锂锰基层状氧化物(Li1.2Ni0.2Mn0.6O2),并希望通过引入无机聚阴离子团SO42-,来研究SO42-的掺杂对富锂锰基层状氧化物电化学性能的影响。

论文主要内容1.了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系;2.通过文献的调研,来深入了解聚阴离子的掺杂富锂锰基层状氧化物的研究现状,掌握改性方法的原理,指导下一步实验的进行;3.固相法合成Li1.2Ni0.2Mn0.6O2,研究其电化学性能;选择一类聚阴离子SO42-,进一步优化合成方法和参数,制备出性能优异的掺杂样;4.对所合成的样品进行结构、成分的表征(XRD, SEM, XPS等) 及电池性能的分析,并完成器件的组装与性能测试;5.分析总结数据,撰写毕业论文。

2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1.进行充分的文献调研,查阅至少20篇掺杂改性富锂锰基氧化物正极材料相关的论文,近五年的论文数量不少于60%,了解国内外的研究状况与发展趋势,了解本课题对社会、能源、环境的影响。

2.精心设计实验以及思考怎样通过对照实验突出正样的优势,斟酌每一步操作的合理性。在实验过程中根据实验现象以及后面的表征及其测试结果对实验做出合理的调整。

3.对固相法合成出的性能优异的样品进行物相分析,电镜分析等;并根据性能以及表征的结果建立起微观结构和性能之间的内在联系。

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

1.第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,确定实验方案,并完成开题报告。

2.第4-6周:按照实验方案合成样品材料,在实验过程中根据实验情况进行优化调整。

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4. 主要参考文献

  1. Qian J, Liu L, Yang J, et al.Electrochemical surface passivation of LiCoO 2 particles at ultrahigh voltageand its applications in lithium-based batteries[J]. Nature communications,2018, 9(1): 4918.

  2. Piao J Y, Gu L, Wei Z, et al. Phasecontrol on surface for the stabilization of high energy cathode materials oflithium ion batteries[J]. Journal of the American Chemical Society, 2019,141(12): 4900-4907.

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