錳基正極材料的制備及儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池憑借體積小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、便攜式筆記本電腦等電子設(shè)備。隨著純電動(dòng)汽車、混合型電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，人們對(duì)鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求。由于商用石墨類負(fù)極材料的比容量通常高于現(xiàn)有正極材料，所以正極材料成為影響電池能量密度的直接因素之一。目前，已經(jīng)商業(yè)化的正極材料有LiCoO2（層狀）、Ni-Co-Mn三元材料（層狀）、LiFePO4（橄欖石型）以及LiMn2O4（尖晶石型），其中LiMn2O4以其成本低、

2、制備簡(jiǎn)便、無(wú)污染以及三維鋰離子通道等優(yōu)勢(shì)，得到了科研工作者們的密切關(guān)注。但同樣也存在一些問(wèn)題，比如在充放電過(guò)程中容易發(fā)生姜-泰勒(Jahn-Teller)效應(yīng)，導(dǎo)致其立方結(jié)構(gòu)出現(xiàn)晶格畸變，阻礙鋰離子傳輸，造成材料循環(huán)性能較差。一般地，可以在電極材料或電極外表層包覆氧化物或非氧化物，減少M(fèi)n2+的不可逆溶解，改善材料的循環(huán)性能。除此之外，還可以在LiMn2-xMxO4(0≤x≤1)錳基體系里通過(guò)摻雜Ni、Co、Cr、Ti等金屬離子，改變M

3、n的整體化合價(jià)，抑制Jahn-Teller變形，延長(zhǎng)材料的循環(huán)壽命。
　　本文主要是以尖晶石型錳基材料為基體，通過(guò)Ti摻雜以及導(dǎo)電高分子和金屬氧化物包覆的途徑來(lái)改善錳基正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。具體內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面:
　　(1)以丙烯酰胺單體為軟模板劑來(lái)源，原位聚合形成聚丙烯酰胺(PAM)軟模板，采用PAM軟模板法來(lái)制備不同Ti含量摻雜的LiMn2-xTixO4(x=0，0.25，0.5，0.75，1)前驅(qū)。通過(guò)考察Ti的摻

4、雜量，優(yōu)化出電化學(xué)性能最佳的實(shí)驗(yàn)條件。結(jié)果表明，當(dāng)Ti的摻雜量x=0.75時(shí)，材料的首次放電比容量為286.1 mA h g-1，經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后，可逆比容量仍然能保持在122.9 mA h g-1，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　(2)LiNi0.5Mn1.5O4為原材料，采用化學(xué)氧化聚合法，在LiNi05Mn1.5O4材料的表面原位聚合包覆導(dǎo)電高分子聚苯胺（以下簡(jiǎn)稱PANI），成功地制備了鋰離子電池高壓正極復(fù)合材料LNMO-PA

5、NI，并全面地探究了PANI包覆層的質(zhì)量、厚度、均勻性以及對(duì)材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)加入5％的苯胺單體時(shí)，被包覆在LNMO顆粒上的質(zhì)量大約為1％，其厚度大約20 nm。常溫下，復(fù)合材料的首次放電比容量為123.8 mAhg-1，循環(huán)200次后，仍有123.4 mA h g-1的可逆容量，容量保持率高達(dá)99.7％。同時(shí)也表現(xiàn)出了良好的倍率性能和優(yōu)異的高溫性能。
　　(3)以LiNi0.5Mn1.5O4為原材料，按照活性物質(zhì)