鋰離子電池正極材料LiMnO-,2-的合成及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、南開大學(xué)博士學(xué)位論文鋰離子電池正極材料LiMnO的合成及其電化學(xué)性能研究姓名：粟智申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：無機(jī)化學(xué)指導(dǎo)教師：申泮文20081001摘要能力和S 斗摻雜抑$ 1 J J a h n ．T e l l e r 畸變的兩方面優(yōu)勢，使層狀結(jié)構(gòu)L i M n 0 2 正極材料既保持了較高的容量又獲得了良好的循環(huán)性能。論文同時(shí)運(yùn)用熱分解方法對正交結(jié)構(gòu)L i M n 0 2 材料進(jìn)行非金屬氧化物B 2 0 3 的表面包覆。研究結(jié)果表明

2、，盡管包覆后材料的電化學(xué)反應(yīng)阻抗和W a r b u r g e 阻抗值有所增大，但包覆后材料能有效地抑制電化學(xué)脫嵌鋰過程中的表面J a h n ．T e l l e r 畸變和電化學(xué)過程中錳的溶解。在單斜層狀結(jié)構(gòu)材料的合成及其氟摻雜研究方面。論文通過兩步高溫固相反應(yīng)和結(jié)合水熱離子交換法合成出了純相單斜層狀L i M n 0 2 ( m ．L i M n 0 2 ) 化合物。F T I R 結(jié)果顯示m ．L i M n 0 2 的伸縮彎

3、曲振動吸收峰位于5 3 0c m 。1 處，X P S 顯示m ．L i M n 0 2 中錳的價(jià)態(tài)為+ 3 價(jià)。電化學(xué)研究結(jié)果表明，未摻雜m ．L i M n 0 2 在第1周充放電結(jié)束后，即向尖晶石結(jié)構(gòu)相L i M n 2 0 4 轉(zhuǎn)化。同時(shí)研究了摻雜F 。后材料的電化學(xué)性能。研究結(jié)果還表明，F(xiàn) 。進(jìn)入到了m ．L i M n 0 2 的晶格中，且摻雜后的化合物相對于未摻雜材料而言，有更好的循環(huán)性能。雖然材料在電化學(xué)過程中向尖晶石相

4、轉(zhuǎn)變，但在m ．L i M n 0 2 中摻入適量的氟可以提高材料的電化學(xué)性能。在菱方結(jié)構(gòu)材料的合成及其摻雜研究方面。論文通過用氧化還原軟化學(xué)法合成了非計(jì)量比的菱方結(jié)構(gòu)L i 。M n 0 2 ( r - L i 。M n 0 2 ) 以及在其體相中摻入熱化學(xué)半徑較大的陽離q 三( B i ”、c u 2 + ) 或聚陰離子( B 0 3 弘、P 0 4 3 ’、S i 0 3 2 “ 。) 的正極材料，材料晶粒尺寸為2 0 ～4 0

5、n m 。由于材料具有較小的尺寸和較大的比表面積，其初始容量明顯高于高溫合成的材料。研究結(jié)果表明，摻入離子半徑較大的陽離子和聚陰離子能減弱M n ．0 鍵的鍵能，增大了晶胞的體積。由于聚陰離子基團(tuán)通過M ．O ．X鍵穩(wěn)定了材料的三維框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)鋰離子在正極材料中嵌脫時(shí)，材料的結(jié)構(gòu)重排很小，材料在鋰離子嵌脫過程中保持良好的穩(wěn)定性，從而能有效地抑制材料在電化學(xué)過程中的結(jié)構(gòu)畸變，改善了材料的電化學(xué)性能。性能關(guān)鍵詞 鋰離子電池；層狀L i M