長壽命錳酸鋰材料的研究.pdf

1、近年來由于環(huán)境污染和資源短缺，引發(fā)了能源汽車的熱議，也引起了研究者對汽車動力電池的高度關(guān)注，為了滿足能源汽車的普及，對鋰離子電池的成本和性能穩(wěn)定性提出了新的要求。尖晶石錳酸鋰以儲量豐富、價格低廉、安全穩(wěn)定、綠色無污染等特點被公認(rèn)為適宜的動力電池正極材料之一，但其高溫條件下存在的Jahn-Teller畸變效應(yīng)而引起的循環(huán)容量衰減問題阻礙了其規(guī)模化應(yīng)用。目前的解決方法有合成方法的改變、包覆改性、摻雜改性等，主要的改性方法為引入摻雜離子進(jìn)行摻

2、雜改性，本文主要對采用高溫固相法合成的尖晶石錳酸鋰進(jìn)行金屬陽離子摻雜，以改善其循環(huán)性能.
　　采用高溫固相法溶膠凝膠法制備了錳酸鋰材料，XRD研究表明，兩種方法所制備的樣品均為尖晶石結(jié)構(gòu)，通過SEM分析高溫固相法制備的樣品顆粒較大，形貌規(guī)則，粒度均勻，分散良好，電性能測試中高溫固相法樣品具有更高的放電容量、平穩(wěn)的放電平臺，良好的循環(huán)性能。
　　以Li2CO3和Mn（CH3COO）2為原材料，考察不同的焙燒工藝影響，通過XRD

3、和電性能分析研究表明當(dāng)焙燒溫度為850℃，焙燒時間為20小時所合成的樣品具有更好晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，樣品首次可逆放電容量為128.7mAh/g，50周后循環(huán)保持率為94.2％。
　　通過采用CH3COOLi、LiOH和Li2CO3以及Mn(CH3COO)2、MnSO4、MnCl2、Mn(NO3)2不同的原材料以高溫固相法合成尖晶石樣品，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同的原材料合成的樣品性能差異較大，以LiOH和Mn(CH3COO)2為原材料合成的樣

4、品的結(jié)具有典型的尖晶石結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度高，形貌規(guī)則，電化學(xué)性能好。
　　采用高溫固相合成法以LiOH和Mn(CH3COO)2為原材料，以不同原料配比合成尖晶石錳酸鋰，經(jīng)過XRD、SEM和電性能測試研究發(fā)現(xiàn)，在高溫焙燒時存在Li鹽揮發(fā)的現(xiàn)象，鋰錳配比要高于化學(xué)計量比，以Li/2Mn=1.15合成出的樣品首次可逆容量為118.9mAh/g，50周后循環(huán)保持率為97.6%。
　　以LiOH和Mn(CH3COO)2為原材料，引入Co、C

5、r、 Al元素進(jìn)行摻雜改性，采用高溫固相法合成樣品，XRD顯示，無論是單元摻雜還是多元摻雜錳酸鋰材料的晶體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，均為尖晶石相結(jié)構(gòu)，且無雜相出現(xiàn)。通過電性能測試分析，摻雜Co、Cr、Al單元素后，無論摻雜比例大小，均可引錳酸鋰材料可逆容量的降低，循環(huán)性能均可得到改善。
　　通過引入Co、Cr、Al多元素?fù)诫s后，合成的錳酸鋰材料結(jié)構(gòu)不變，為尖晶石結(jié)構(gòu)。采用DSC分析確定Al元素對提高材料的熱穩(wěn)定性具有明顯的效果；Cr元素對

6、改善材料的倍率性能有一定的作用；Co、Cr、Al三者的協(xié)同作用可顯著提高材料的循環(huán)性能尤其是高溫循環(huán)性能，合成得到Sample-2(LiCo0.1Cr0.05Al0.1Mn1.75O4)樣品常溫1C循環(huán)，500周后容量保持率為89.9%，高溫55℃1C循環(huán)500周容量保持率仍然可達(dá)78.4%。
　　通過對尖晶石LiMn2O4材料與LiCoO2和三元材料進(jìn)行混合，混合后樣品優(yōu)勢互補(bǔ)，在LiCoO2材料中混合一定比例的LiMn2O4材