層狀錳酸鋰的摻雜改性及新制備工藝研究.pdf

1、鋰離子電池在工業(yè)領(lǐng)域是發(fā)展速度最快的高能量存儲(chǔ)設(shè)備，而電極材料的發(fā)展是鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。作為能量來(lái)源，其廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備，甚至電動(dòng)車(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)，而正極材料能量密度和功率的最大化將大大促進(jìn)這些技術(shù)的應(yīng)用。鋰錳氧化物因其污染小、儲(chǔ)量大、價(jià)格低，特別是不存在過(guò)充安全性問(wèn)題，成為目前最具吸引力的正極材料。但LiMnO2的研究目前對(duì)還僅限于實(shí)驗(yàn)室，制備成本高、制備效率低，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、電化學(xué)循環(huán)性能差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了LiMnO2的商品化

2、。本文通過(guò)優(yōu)化成熟工藝、對(duì)LiMnO2的元素?fù)诫s進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)并研究新型制備工藝，為L(zhǎng)iMnO2盡早實(shí)現(xiàn)商品化、改善電化學(xué)性能提供理論依據(jù)。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）單斜層狀m-LiMnO2，合成方法單一且苛刻。為降低其成本及合成復(fù)雜性，以NaMnO2為研究對(duì)象，用高溫固相法將Mn2O3和無(wú)水Na2CO3合成α-NaMnO2，在此研究鈉與錳的濃度不同、煅燒溫度不同、保溫時(shí)間不同、有無(wú)碳粉保護(hù)的不同對(duì)α-NaMnO2結(jié)構(gòu)的影響。

3、以得到的α-NaMnO2為前驅(qū)體探究通過(guò)水熱-離子交換法在不同條件下得到m-LiMnO2，并對(duì)水熱-離子交換法進(jìn)行優(yōu)化探索，效果優(yōu)于目前的回流蒸餾法。
　?。?）本文基于水熱合成法，對(duì)不同元素（Cr、Mg、V、Y、Ce、La、Ti、Fe、Ni、Al、S），不同摻雜步驟，不同控制因素進(jìn)行了深入研究，針對(duì)不同摻雜元素得出了理想的摻雜工藝，在水熱合成法的優(yōu)點(diǎn)之上實(shí)現(xiàn)了稀土摻雜，一元摻雜，二元摻雜，陰離子摻雜，甚至陰陽(yáng)離子摻雜。并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)

4、行了精確的晶格測(cè)定，在驗(yàn)證摻雜改變晶格常數(shù)的同時(shí)得出了最優(yōu)摻雜比例。
　?。?）純凈的o-LiMnO2熱分解溫度在370℃左右。不同元素?fù)诫s后的樣品的熱分解溫度均高于400℃，有的甚至達(dá)到了480℃。雙元摻雜確實(shí)比單元摻雜在穩(wěn)定性提高方面更出色。陰離子摻雜同樣可以起到改善的作用。具有強(qiáng)氧化性元素或雙元協(xié)調(diào)性摻雜對(duì)o-LiMnO2的熱穩(wěn)定性改善更為顯著。
　?。?）選取了Cr、Y、Mg、Al、Ni摻雜試樣并摻雜分析，得出了最優(yōu)

5、摻雜條件。在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，以正交晶系法式方程，利用最小二乘法精確測(cè)定了 o-LiMnO2最優(yōu)摻雜量（原子比4at％Cr、4at%Y、4at% Al、4at%Ni）的晶格常數(shù)，驗(yàn)證了對(duì)主體晶格的影響，與理論相吻合。并且，通過(guò)計(jì)算Mg的不同摻雜量引起的晶格常數(shù)變化逆向證明了該方法的可靠性，得出對(duì)于層狀結(jié)構(gòu)6at%Mg為最優(yōu)摻雜比例。
　?。?）在無(wú)氣體保護(hù)的室溫條件下采用機(jī)械合金化法制備出了正交結(jié)構(gòu)的o-LiMnO2。研究了球料比、