鋰離子電池正極材料Li4Mn5012的制備及電化學性能的研究.pdf

1、鋰離子電池具有工作電壓高、充放電壽命長、比能量高、環(huán)境友好等優(yōu)點,是一種高性能的綠色二次電池。目前商用的鋰離子正極材料LiCoO2由于存在較高的工業(yè)成本以及Co有毒性,迫使人們尋找一種替代材料。尖晶石錳酸鋰LiMn2O4不僅成本低、易合成、安全性能高而且對環(huán)境友好、無毒無污染,被認為是非常有前景的替代材料。但是LiMn2O4的循環(huán)穩(wěn)定性,特別是高溫下容量衰減比較嚴重,阻礙了它的商業(yè)化進程。通過用鋰元素部分取代錳元素,形成富鋰相的尖晶石錳

2、酸鋰Li4Mn5O12(Li1+0.33Mn2-0.33O4)可以提高錳的氧化態(tài),推遲Jahn-teller畸變從而提高循環(huán)性能。
　　 采用氧化共沉淀法制備了富鋰錳酸鋰Li4Mn5O12粉末。實驗發(fā)現(xiàn)在鋰過量時才能獲得純的尖晶石富鋰錳酸鋰相。通過掃描電鏡(SEM)照片發(fā)現(xiàn),隨鋰含量的增加,納米桿逐漸變短、成片、團聚,最后形成由納米顆粒團聚而成的微米級二次顆粒。低倍率時(0.1C),由高濃度氫氧化鋰溶液制備的試樣具有更高的比容量

3、,試樣初始比容量達到161.1 mAh·g-1,接近理論值163 mAh·g-1。2 C倍率下,低濃度氫氧化鋰溶液的試樣相對高濃度試樣獲得更高的比容量,且低濃度氫氧化鋰試樣的循環(huán)性能表現(xiàn)更優(yōu)異,前100個循環(huán)幾乎沒有容量衰減。
　　 通過噴霧干燥法與固相法結(jié)合制備得到顆粒尺寸在20～50 nm范圍的Li4Mn5O12納米單晶粉末。X射線衍射(XRD)圖譜表明該方法成功獲得結(jié)晶完整的立方尖晶石相,SEM照片顯示顆粒具有明顯的立方體

4、形貌,表面光潔且邊緣分明。討論了噴霧過程和噴霧溫度對最終產(chǎn)物的形貌及電化學性能的影響,材料在3 V區(qū)有良好的電化學性能,0.5 C下首次放電比容量達158.7mAh·g-1,經(jīng)過300個循環(huán)之后,比容量仍能保持在80 mAh·g-1以上。
　　 在沒有任何催化劑和有機試劑的輔助下,分別以多步模板法和一步模板法制備得到富鋰相的尖晶石錳酸鋰Li4Mn5O12材料。兩種方法相比較,一步模板法獲得材料的結(jié)晶度更高。水熱輔助的前驅(qū)體形貌更