表面包覆及摻雜對錳酸鋰高溫循環(huán)性能影響的研究.pdf

1、尖晶石錳酸鋰正極材料因具有資源儲備豐富、合成工藝簡單、安全無毒等優(yōu)點,是鈷酸鋰的替代材料之一，受到廣泛關(guān)注。但錳酸鋰正極材料存在高溫（特別是50-60℃）循環(huán)性能差、Mn離子易溶解、容量保持率低等缺點，嚴重制約了它的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化應(yīng)用。本文工作主要集中在以下兩個方面：
　　1，采用溶膠凝膠法在錳酸鋰表面分別包覆LiNi1/2Mn3/2O4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。通過優(yōu)化制備過程，控制反應(yīng)時間、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間等

2、因素尋找最佳的制備工藝，對相應(yīng)材料的鋰離子電池進行電化學(xué)性能測試。結(jié)果表明，采用溶膠凝膠法在錳酸鋰表面包覆2wt％的LiNi1/2Mn3/2O4不僅不會改變錳酸鋰的本體結(jié)構(gòu)，而且可以有效地增強錳酸鋰正極材料的高溫循環(huán)穩(wěn)定性。但是由于LiNi1/2Mn3/2O4放電電壓高，表面包覆會降低錳酸鋰的首次比容量。在錳酸鋰表面包覆2wt%的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2形成一層均勻的致密的保護膜，而且這層保護膜會增加錳酸鋰正極材料首次比容

3、量，高溫55℃下，2C循環(huán)100次之后容量保留率由原來的85.1%提升到97.2%。根據(jù)ICP分析，表面包覆能有效抑制Mn離子溶解，從而顯著提高電池的高溫循環(huán)性能。
　　2，利用第一性原理模擬計算錳酸鋰及包覆層鎳錳酸鋰材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以與實驗結(jié)果比較驗證。第一性原理密度泛函理論結(jié)構(gòu)分析表明，錳酸鋰基態(tài)磁序為反鐵磁性，而鎳錳酸鋰的基態(tài)磁序為亞鐵磁性。在嵌鋰過程中，錳酸鋰體積變化率為6.2%，大于鎳錳酸鋰4.8%。這說明鎳錳酸鋰在嵌