鋰離子電池正極材料LiMn2O4的溶膠凝膠合成及改性研究.pdf

1、尖晶石錳酸鋰正極材料因為其價格低廉、易合成、工作電壓高、安全性能好、對環(huán)境無污染等優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的正極材料之一。但是尖晶石錳酸鋰的循環(huán)性能較差，特別是高溫下容量衰減過快，制約著其進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。本文從優(yōu)化合成方法，摻雜改性以及表面包覆三個方面來改善尖晶石錳酸鋰的循環(huán)性能以及高溫性能。
　　首先，采用溶膠凝膠法合成尖晶石錳酸鋰粉體材料，詳細(xì)考察了檸檬酸量，燒結(jié)條件，Li/Mn摩爾比，不同鋰源及不同錳源對材料電化學(xué)性能的

2、影響，探索出了最佳工藝條件。在最佳工藝條件下合成的錳酸鋰正極材料，首次容量為123.3mAh/g，循環(huán)45次后容量保持率達(dá)97.8％。
　　其次，為了改善尖晶石錳酸鋰的倍率性能以及高溫性能，分別選用Ga3+、In3+、Al3+作為摻雜離子，研究了不同摻雜量對材料晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，摻雜Ga的樣品在摻雜量小于7%范圍內(nèi)為單一的尖晶石結(jié)構(gòu)，材料的晶胞參數(shù)隨著摻雜量的增加而減小，Ga摻雜量為5%的樣品電化學(xué)性

3、能最優(yōu)，在常溫下，0.5C循環(huán)首次容量為117.1mAh/g，然后經(jīng)90次不同倍率下循環(huán)后容量保持率為86.8%；在高溫下，其首次容量為115.4mAh/g，循環(huán)20次容量保持率為75.7%；在高倍率4C測試下，也能保持良好的尖晶石結(jié)構(gòu)。摻雜In不宜過多，摻雜量為1%的樣品晶胞參數(shù)較小，具有較好的倍率性能。少量Al3+的摻入對初始容量影響較大，但循環(huán)性能提高，摻雜量為7%的樣品首次容量為110.8mAh/g，經(jīng)90次不同倍率下循環(huán)后容量

4、保持率為87.2%。通過CV和EIS測試表明，適量金屬離子的摻入，能有效地穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)，從而抑制John-Teller畸變。
　　最后，采用溶膠凝膠法合成了TiO2表面包覆的LiMn2O4材料，結(jié)合XRD、SEM、CV以及恒流充放電測試手段，對比分析了包覆前后對尖晶石錳酸鋰性能的影響。實驗表明包覆量2wt%的樣品在常溫下經(jīng)過倍率測試后容量保持率為72.4%，而未包覆樣品僅為58%；在高溫測試下，包覆后的樣品20次循環(huán)后容量保持率