層狀LiMnO-,2-鋰離子電池正極材料的制備及改性.pdf

1、層狀錳酸鋰用作鋰離子電池正極材料,具有資源豐富、價(jià)格低廉、理論比容量高等優(yōu)點(diǎn),但由于其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,充放電過程中容易發(fā)生畸變,Mn由層板遷移至層間,占據(jù)Li<'+>的嵌入位置,并阻塞其擴(kuò)散通道,導(dǎo)致其電化學(xué)循環(huán)性能較差.在層狀錳酸鋰中摻雜一定量的其他金屬離子,如Cr<'3+>,Al<'3+>,Ga<'3+>,Co<'3+>,Ni<'2+>,Li<'+>等,能夠提高層狀錳酸鋰在充放電過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,并由此提高材料的循環(huán)性能.但部分摻雜層

2、狀錳酸鋰化合物在充放電過程中仍然會(huì)向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致容量衰減,循環(huán)穩(wěn)定性變差.本研究希望能夠找到一個(gè)簡便而又實(shí)用的表面改性方法以更好地改善層狀錳酸鋰性能,尤其在高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性能. 層狀錳酸鋰為熱力學(xué)非穩(wěn)定相,一般采用軟化學(xué)方法來合成,即先合成出P2結(jié)構(gòu)的NaMnO<,2>前驅(qū)體,再通過離子交換方法合成LiMnO<,2>目標(biāo)產(chǎn)物.本文采用同相法合成NaMn<,1-4>Co<,x>O<,2>前驅(qū)體,通過控制Mn/Co比和焙燒

3、溫度,研究了Mn/Co投料比對(duì)前驅(qū)體組成和結(jié)構(gòu)的影響,并通過離子交換反應(yīng)合成出O2結(jié)構(gòu)LiMn<,1-X>Co<,x>O<,2>(0.1≤x≤0.5)產(chǎn)物.熔鹽離子交換法制備的顆粒具有最好的形貌和結(jié)晶性,Co含量也直接關(guān)系到生成產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu),Co含量越高越有利于層狀結(jié)構(gòu)的形成.對(duì)系列LiMn<,1-x>Co<,x>O<,2>產(chǎn)物進(jìn)行電化學(xué)性能測試表明:Co含量的增加在提高材料容量的同時(shí)也提高了材料的循環(huán)性能,LiMn<,0.5>Co<

4、,0.5>O<,2>具有171 mAh g<'-1>的最大放電容量和50次循環(huán)后90﹪以上的容量保持率. 陰陽離子共摻雜可以協(xié)同提高材料的電化學(xué)性能.對(duì)LiMn<,0.5>Co<,0.5>O<,2>進(jìn)行F離子摻雜,LdMn<,0.5>Co<,0.5>O<,1.9>F<,0.1>雖然初始放電容量比未摻雜材料要小,但是它的循環(huán)穩(wěn)定性很好,經(jīng)過40次循環(huán)之后的放電容量比未摻雜LiMn<,0.5>Co<,0.5>O<,2>要高,50次循

5、環(huán)后容量仍然保持在136 mAh g<'-1>,放電容量保持率達(dá)到93﹪,說明F摻雜能夠有效地提高層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性. 本文通過熔融浸漬的方法,成功地對(duì)層狀LiMn<,1-x>Co<,x>O<,2>進(jìn)行了表面包覆改性.對(duì)比未包覆試樣,表面包覆改性IJMn<,1-x>Co<,x>O<,2>在室溫和高溫電化學(xué)性能得到了極大的改善.ZnO包覆LiMn<,0.5>Co<,0.5>O<,2>在55℃循環(huán)具有最低的容量衰減率.熔融浸漬表面包覆