鋰離子電池正極材料LiMn2O4的高溫固相合成及改性研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟社會的高速發(fā)展與電池技術(shù)的不斷改進，鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，需求也越來越迫切。尖晶石LiMn2O4因其成本低、資源豐富、可快速充放電和無污染等優(yōu)點，被認為是非常有潛力的鋰離子電池正極材料。然而，其缺點是由Jahn-Teller效應(yīng)、錳的溶解、電解液的分解等原因而引起的循環(huán)性能較差。本論文通過摻雜金屬陽離子、表面包覆改性等方式制備具有高能量密度、良好循環(huán)性能的尖晶石LiMn2O4材料，并且通過XRD、SEM、TEM、EDS

2、等測試手段對前驅(qū)體、最終產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)、元素和形貌的分析，采用循環(huán)伏安法、恒電流充放電測試對電極材料的電化學性能進行分析。本論文主要完成的工作如下:
　　 1、稀土元素La摻雜改性尖晶石錳酸鋰。采用高溫固相法，研究了稀土元素La摻雜改性錳酸鋰，制備了Li1.02LaxMn2-xO4(x=0，0.02，0.05，0.1)系列產(chǎn)物，探索了稀土元素摻雜對尖晶石錳酸鋰電極材料物理特性、空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及電化學性能的影響。XRD衍射峰表明該

3、系列產(chǎn)物均為尖晶石結(jié)構(gòu)。其中，Li1.02La0.05Mn1.95O4在室溫0.5C條件下充放電循環(huán)200圈，放電比容量由116.5mAhg-1降為100.8mAhg-1，總的比容量保持率達到86.52％。
　　 2、金屬元素Al、Ti摻雜改性尖晶石錳酸鋰。選擇了Al和Ti摻雜改性錳酸鋰，制備了Li1.02M0.02Mn1.98O4(M=Mn，Ti，Al)的系列產(chǎn)物，考察了不同摻雜元素對LiMn2O4電極材料結(jié)構(gòu)和電化學性能方面

4、的影響。實驗結(jié)果表明:Li1.02Al0.02Mn1.98O4具有優(yōu)秀的電化學性能，在室溫1C條件下充放電循環(huán)205圈比容量由116.8mAhg-1降為106mAhg-1，總的比容量保持率為90.75％。
　　 3、La2O3包覆改性尖晶石錳酸鋰。采用機械球磨結(jié)合高溫煅燒的方法分別制備了5wt.％La2O3包覆的LiMn2O4和5wt.％La2O3包覆的Li1.02La0.05Mn1.95O4正極材料。XRD衍射峰表明經(jīng)過表面改

5、性處理后的產(chǎn)物仍然為尖晶石結(jié)構(gòu)。通過TEM、SEM、EDS等檢測方法對樣品進行元素和形貌的分析。實驗結(jié)果表明通過La2O3表面改性處理，LiMn2O4和Li1.02La0.05Mn1.95O4電極材料電化學性能均有明顯的提升。
　　 4、刺球狀尖晶石錳酸鋰的制備。利用共沉淀法成功制各了納米刺球狀MnO2前驅(qū)體，然后采用高溫固相法成功制各了尖晶石LiMn2O4正極材料。通過XRD、TEM、SEM等檢測方法對前驅(qū)體、最終產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)