控制結晶法及反電離子共摻雜制備改性錳酸鋰的研究.pdf

1、尖晶石型錳酸鋰材料(LiMn<,2>O<,4>)是一種價格低廉和綠色環(huán)保的鋰離子電池正極材料，充放電過程中Mn<'3+>引發(fā)的Jahn-Teller效應使結構扭曲畸變，導致材料可逆容量衰減加快。解決其循環(huán)穩(wěn)定性問題，將使錳酸鋰材料在便攜式電源和電動環(huán)保車用電池兩大應用領域發(fā)揮重要的作用。本論文針對材料的容量衰減機理，通過體相摻雜和形貌控制優(yōu)化錳酸鋰的綜合性能。 以電解二氧化錳和碳酸鋰為原料，利用高溫固相法在800℃合成了尖晶石型

2、LiMn<,2>O<,4>。結果表明，材料具有較好的電化學性能，常溫下其初始可逆容量為122.04mAh／g，循環(huán)100次后，容量保持率約低于80％。 本論文選取CO<'3+>、Cr<'3+>、Al<'3+>、Mg<'2+>四種金屬離子分別與F<'->陰離子組合，對LiMn<,2>O<,4>進行反電性離子體相共摻雜研究。其中，摻雜Al&F和Mg&F的材料具有更好的電化學性能，20次循環(huán)后可逆容量分別保持在118.07mAh／g和

3、117.57mAh／g，容量保持率分別為94.77％和99.04％，兩者還顯示出比純相鋰錳氧化物更好的高溫電化學性能。本論文首次提出對錳酸鋰進行尖晶石MgAl<,2>O<,4>修飾，利用高溫固相法合成了(LiMn<,2>O<,4>)<,x>(MgAl<,2>O<,4>)<,1-x>復合材料(x=0、0.025、0.050、0.075)，摻雜量為0.025時，材料具有標準的尖晶石結構和相對較優(yōu)的電化學性能，初始可逆容量為120.07mAh

4、／g，30次循環(huán)后容量保持率為93.93％。 本文首次提出采用控制結晶法制備錳酸鋰材料，以實現前驅體形貌的控制，提高錳酸鋰的綜合性能。基于單分散顆粒制備的原理，系統(tǒng)地研究了反應物濃度、攪拌強度、沉淀體系、加料方式等因素對球形MnCO<,3>前驅物形貌的影響，得到了較優(yōu)的控制條件。MnCO<,3>經預處理和Li<,2>CO<,3>研磨混料后，高溫煅燒合成了球形或類球形尖晶石LiMn<,2>O<,4>。常溫下，準確化學計量的錳酸鋰材