鋰電池正極材料Li-,3-MnO-,4-的優(yōu)化制備工藝與改性研究.pdf

1、鋰離子電池由于其電壓高、能量密度大、可逆性好等優(yōu)勢在電子器件、電動車、軍事和航天等多個領域具有廣闊的應用前景。人們一致認為電池中的正極活性材料是控制鋰離子電池性能的關鍵。常見的正極材料LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4各有各的優(yōu)勢同時又存在一些不盡人意的缺點。新型鋰電池正極材料Li3MnO4由于具有非?？捎^的理論容量而被認為是極具潛力的正極材料。但目前國內外對其優(yōu)化制備工藝和改性的研究尚屬空白。
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2、文選擇Li3MnO4正極材料體系作為研究對象，采用離子交換技術首先合成了制備+5價Li3MnO4的原料——+7價的LiMnO4·3H2O，并采用低溫固相燒結技術成功合成了目標產物Li3MnO4正極材料。同時結合TG/DSC、XRD、FESEM、電化學性能測試等多種測試手段研究了制備Li3MnO4的優(yōu)化工藝參數?？疾炝酥苽溥^程中鋰鹽原料種類、間歇性碾磨、退火溫度、退火時間等對Li3MnO4正極材料結構、形貌以及電化學性能的影響。實驗結果表

3、明：采用LiOH·H2O作為鋰鹽原料與LiMnO4·3H2O按2:1的化學計量比混合退火，在70℃～125℃之間采用間歇性碾磨，在170℃下保溫2.5h，得到的正極材料具有最佳的綜合性能，其初始容量為116.3mAh/g。
　　 另外，在以上優(yōu)化工藝參數的基礎上，針對Li3MnO4存在導電性不佳導致活性材料利用率低以及結構不穩(wěn)定影響循環(huán)性能等問題采取了一系列的改性措施，以改善其結構和電性能。研究表明：采用濕法預混合原料和導電劑的

4、改性工藝，有助于導電劑更好的分散于正極材料中，同時促進了反應物的充分混合，使得材料電性能達到了138.8 mAh/g。該條件下的正極涂敷厚度也對材料電性能發(fā)揮有明顯影響，當涂覆厚度為2.7mg/cm2時，正極材料容量達到了198.9mAh/g。同時摻雜PO43-對穩(wěn)定材料結構和改善循環(huán)性能有明顯的作用。另外，針對導電性不佳的問題探討了石墨、乙炔黑、碳納米管復合導電劑的使用對Li3MnO4正極材料顆粒間形成良好的導電網絡，從而改善其導電性