納米晶錳酸鋰材料的溶膠-凝膠法制備與性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有工作電壓高、比能量大、自放電小、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)環(huán)境污染等突出優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。正極材料的性能改善對(duì)高性能鋰離子電池的研究至關(guān)重要。尖晶石LiMn2O4由于具備成本低、對(duì)環(huán)境污染小、有較高的工作電壓和放電比容量等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有希望替代LiCoO2的鋰離子電池正極材料。但在充放電過(guò)程中，由于錳的溶解、Jahn-Teller效應(yīng)、電解液的分解等因素使得LiMn2O4性能不穩(wěn)定，容量衰減較快，從而制約其商業(yè)化

2、發(fā)展。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行摻雜改性提高其循環(huán)穩(wěn)定性是目前研究的熱點(diǎn)。 溶膠-凝膠(Sol-Gel)法具有所得產(chǎn)物晶粒小、比表面積大、粒徑分布范圍窄、化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。因此本研究采用Sol-Gel法，分別以檸檬酸和聚丙烯酸(PAA)為螯合劑，以金屬硝酸鹽為鋰/錳源，輔助一定的熱處理工藝制備尖晶石錳酸鋰粉體和薄膜?？疾炝蓑蟿┝俊?錳比、退火溫度及鈷摻雜量對(duì)錳酸鋰結(jié)構(gòu)和性能的影響。得到的主要結(jié)論如下： (1)以PAA為螯合劑獲

3、得均勻穩(wěn)定的溶膠和凝膠，前驅(qū)體在退火過(guò)程中550°C時(shí)逐步形成尖晶石LiMn2O4粉體。700°C退火10h獲得了顆粒分布均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、晶格畸變最小的納米LiMn2O4粉體。電流密度0.1mA/cm2，電壓3.5-4.3V范圍內(nèi)，初始放電比容量達(dá)138mAh/g，接近理論比容量，但循環(huán)性能有待提高。 (2)鈷摻雜對(duì)錳酸鋰粉體性能影響顯著。隨著鈷摻雜量的增加，晶格常數(shù)、晶粒尺寸逐漸減小，晶格畸變逐漸增大，但對(duì)尖晶石結(jié)構(gòu)影響較?。?/p>

4、材料的放電比容量隨著摻雜量的增大逐漸降低，但循環(huán)性能得到明顯的改善。綜合考慮放電比容量與循環(huán)性能，x=0.10時(shí)，即LiCo0.1Mn1.9O4粉體電化學(xué)性能最好。同樣測(cè)試條件下，初始放電比容量130mAh/g，20次循環(huán)后，仍保留119.2mAh/g。 (3)采用聚合物為螯合劑，避免酯化反應(yīng)，并且使得金屬離子能更加充分的均勻分散在螯合劑中，以PAA為螯合劑合成樣品的性能優(yōu)于以檸檬酸為螯合劑合成樣品的性能。 (4)以檸檬