鋰離子電池正極材料單晶錳酸鋰的合成及摻雜改性研究.pdf

1、尖晶石型錳酸鋰是一種三維框架結(jié)構(gòu)的正極材料，它的理論比容量為148 mAh?g-1，分別在3.9 V和4.1 V（vsLi+/Li）左右具有兩個相對較高的電壓平臺。此外，它還具有原材料來源豐富、制備成本低、對環(huán)境污染小，安全性高以及耐過充能力強等優(yōu)點，被認為是最有希望取代層狀Ni、Co氧化物材料的鋰離子電池正極材料。尖晶石型錳酸鋰材料由于存在錳的溶解和Jahn-Teller效應導致其循環(huán)穩(wěn)定性相對較差，本文合成的單晶錳酸鋰及摻雜改性后的

2、錳酸鋰材料能在一定程度上改善其循環(huán)性能。
　　本文首先以二氧化錳和氫氧化鋰為原料，通過熔融浸漬法合成具有尖晶石結(jié)構(gòu)的單晶錳酸鋰納米棒。以乙酸錳和過硫酸鈉為原料，通過水熱反應合成前驅(qū)體β-MnO2?；赥GA/DTA測試，確定了單晶錳酸鋰的煅燒工藝為470℃預燒5 h，再升溫至750℃保溫12 h。XRD，F(xiàn)TIR和SEM結(jié)果表明，合成的單晶錳酸鋰具有均一的棒狀結(jié)構(gòu)以及良好的結(jié)晶性。電化學性能測試結(jié)果表明材料在0.1 C倍率下充放電

3、時，其首次放電比容量可達126 mAh?g-1，且在100次循環(huán)之后容量保持率為91％。
　　本文還分別對尖晶石型錳酸鋰材料進行Ni、Cu的部分摻雜取代Mn來改善其性能。采用共沉淀法分別合成鎳含量相對高的LiNi0.5Mn1.5O4和LiCuxMn2-xO4材料，使 Ni和Cu元素摻雜進入尖晶石型錳酸鋰材料的晶格中，形成了結(jié)晶性良好、顆粒尺寸均一的鋰離子電池正極材料。
　　研究了不同沉淀劑對制備的LiNi0.5Mn1.5O4

4、材料的性能的影響，并在一定范圍內(nèi)探討了最佳的鎳的摻雜量（0.4~0.6）。通過循環(huán)伏安測試表明，以NH4HCO3為沉淀劑制備LiNi0.5Mn1.5O4材料可使Ni盡可能的沉淀完全，進一步進入到晶體結(jié)構(gòu)中從而提高材料的循環(huán)性能。通過共沉淀法合成 LiCuxMn2-xO4材料，分別研究了取代量、煅燒溫度等因素對材料物理性能和電化學性能的影響。通過XRD和SEM結(jié)果分析，隨著煅燒溫度的升高，LiCuxMn2-xO4材料的形貌逐漸由棒狀結(jié)構(gòu)向