鋰離子電池正極材料尖晶石錳酸鋰制備與摻雜改性研究.pdf

1、本文概述了鋰離子電池的工作原理、發(fā)展現(xiàn)狀和正極材料的研究進(jìn)展。研究了LiMn2O4的制備方法及其工藝條件。針對LiMn2O4正極材料在電化學(xué)循環(huán)過程中發(fā)生Jahn-Teller畸變和Mn在電解液中溶解這兩個導(dǎo)致容量衰減和循環(huán)性能劣化的關(guān)鍵問題，分別采用Al、Mg陽離子摻雜和Al/F、Mg/F陰陽離子復(fù)合摻雜兩種措施，對尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn2O4正極材料進(jìn)行了改性研究。
　　采用溶膠凝膠法制備LiMn2O4樣品，通過熱重-差熱、X射線

2、衍射分析、掃描電子顯微鏡和充放電循環(huán)、循環(huán)伏安測試和電化學(xué)阻抗譜法等研究方法，考察原料、溶液濃度、螯合劑添加量、溶液酸堿度、焙燒溫度等因素的影響。發(fā)現(xiàn)前驅(qū)體在350℃己開始形成LiMn2O4相，高于800℃可得到純的尖晶石相LiMn2O4。隨著焙燒溫度的升高，LiMn2O4樣品的放電比容量先增大后減小。800℃獲得的LiMn2O4正極材料具有較好的電化學(xué)性能，放電比容量為123mAh·g-1。
　　采用溶膠凝膠法制備LiAlxMn

3、2-xO4、LiMgxMn2-xO4、LiAl0.05Mn1.95O4-yFy和LiMg0.1Mn1.9O4-yFy尖晶石化合物，并通過X射線衍射分析、掃描電子顯微鏡，光電子能譜，充放電性能和循環(huán)伏安等測試考察了Al、Mg陽離子摻雜和Al/F、Mg/F復(fù)合摻雜對LiMn2O4樣品的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，C/5充放電倍率下，LiAl0.05Mn1.95O4、LiMg0.1Mn1.9O4首次放電容量分別為117mAh·g-

4、1，109mAh·g-1，較LiMn2O4的123mAh·g-1低，但循環(huán)性能顯著提高：其循環(huán)50次的容量損失率分別為8.2％和7.6％。Al、Mg摻雜LiMn2O4尖晶石的良好循環(huán)性能與其微觀組織形貌和結(jié)構(gòu)相關(guān)，摻Al、Mg能促進(jìn)LiMn2O4尖晶石的晶體發(fā)育，并能增強(qiáng)尖晶石結(jié)構(gòu)中宿主內(nèi)部原子間結(jié)合力，提高宿主的穩(wěn)定性，有效抑制其Jahn-Teller畸變，進(jìn)而顯著提高鋰錳氧尖晶石的循環(huán)壽命。循環(huán)伏安測試測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Al、Mg摻雜改