鋰離子電池正極材料LiMn-,2-O-,4-合成與改進(jìn)研究.pdf

1、近年來(lái)，人們對(duì)鋰離子二次電池正極材料進(jìn)行了大量的研究。LiCoO2材料由于高電壓、高容量和循環(huán)性能優(yōu)異，目前是商業(yè)應(yīng)用的主要材料。LiNiO2也被作為一種有潛力的正極材料被廣泛研究。鋰離子蓄電池具有比能量高、自放電率低、工作電壓高、對(duì)環(huán)境友好及無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。正極材料的研究是鋰離子二次電池的核心技術(shù)之一。尖晶石型LiMn2O4正極材料由于其資源豐富，價(jià)格便宜，對(duì)環(huán)境友好，合成工藝簡(jiǎn)單，安全性好，被公認(rèn)為是新一代

2、鋰離子電池最有希望的正極材料之一，但是該材料目前還存在初始容量較低、容量衰減快等問(wèn)題。本文概述了鋰離子電池正極材料的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)尖晶石型LiMn2O4正極材料的衰減機(jī)理做了詳細(xì)說(shuō)明，總結(jié)了現(xiàn)有的幾種改進(jìn)方法，還對(duì)該材料的各種制備方法做了簡(jiǎn)單介紹。 本文首先研究了焙燒溫度對(duì)溶膠—凝膠法合成尖晶石錳酸鋰正極材料結(jié)構(gòu)和性能的影響，得到如下結(jié)論：在我們的實(shí)驗(yàn)條件下，焙燒時(shí)分三段(150℃焙燒8小時(shí)→300℃焙燒12小時(shí)→750℃焙

3、燒12小時(shí))進(jìn)行即得到純相的、性能較好的尖晶石錳酸鋰。通過(guò)XRD、SEM對(duì)材料的性能進(jìn)行了表征，并用所制備的材料制作成電池，通過(guò)充放電測(cè)試，進(jìn)一步研究了材料的電化學(xué)性能。在750℃下，LiMn2O4的首次放電比容量為127.9mAh/g，循環(huán)35次后其放電比容量仍保持在114.8mAh/g，容量保持率為89.8％。 對(duì)尖晶石錳酸鋰進(jìn)行體相陰陽(yáng)離子摻雜是本文的研究重點(diǎn)。通過(guò)Ni2+、F—陰陽(yáng)離子復(fù)合摻雜制備了摻雜改性尖晶石LiNi

4、xMn2-xO4—yFy(x=0.03、0.05、0.1；y=0、0.05、0.1)，考察了溫度和摻雜量的影響，通過(guò)XRD、SEM對(duì)材料的性能進(jìn)行了表征，并用所制備的材料制作成電池，進(jìn)一步研究了材料的電化學(xué)性能。研究認(rèn)為Ni2+摻雜都能改善尖晶石錳酸鋰正極材料的循環(huán)性能，F(xiàn)—能夠提高初始放電比容量，綜合考慮穩(wěn)定放電比容量與循環(huán)性能，750℃時(shí)燒結(jié)12h得到的LiNi0.1Mn1.9O3.95F0.05粉體具有較好的電化學(xué)性能，首次放電比

5、容量達(dá)106.1mAh/g，循環(huán)35次后，其放電比容量保持在102.4mAh/g，容量保持率為96.5％。 通過(guò)Cr3+、F—進(jìn)行摻雜改性合成了LiCrxMn2-xP4—jyFy(x=0.03、0.05、0.1；y=0、0.05、0.1)，考察了不同的溫度和摻雜量的影響，通過(guò)XRD、SEM對(duì)材料的性能進(jìn)行了表征，并用所制備的材料制作成電池，進(jìn)一步研究了材料的電化學(xué)性能，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)測(cè)試，獲得了最佳合成條件：溫度為750℃，x=0.