鋰離子電池錳基正極材料的研究.pdf

1、隨著電子設(shè)備的快速發(fā)展以及能源與環(huán)境問題的日益突出，人們對化學(xué)電源提出了更高的要求。鋰離子電池以其高電壓、比能量大、循環(huán)壽命長和無污染等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。具有高插入電位的過渡金屬氧化物常用作鋰離子電池的正極材料，目前研究較多的是層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO<,2>、LiNiO<,2>以及尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn<,2>O<,4>。其中尖晶石LiMn<,2>O<,4>以其高電壓、高安全性、低成本、易回收、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而被人們公認(rèn)為最具應(yīng)用前景

2、的鋰離子電池正極材料之一。 本文在傳統(tǒng)固相法的基礎(chǔ)上，采用溶膠．凝膠法制備了尖晶石LiMn<,2>O<,4>正極材料，并采用離子摻雜和表面包覆對其進(jìn)行改性研究。此外，在此基礎(chǔ)上用高溫固相法合成了5V正極材料LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>和1.5V的負(fù)極材料Li<,4>Ti<,5>O<,12>，并成功組裝成新型的電池體系li<,4>Ti<,5>O<,12>/LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>。采用XRD

3、、SEM、恒電流充放電、循環(huán)伏安、電化學(xué)阻抗等檢測手段和電化學(xué)分析方法相結(jié)合，對材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及電池性能進(jìn)行了分析研究。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：摻雜的Cr、Ni、Co、Mg陽離子半徑與Mn<'3+>的半徑相近，摻雜后容易形成固溶體。隨著摻雜量的增加材料的初始放電比容量降低，但卻提高了尖晶石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和循環(huán)性能。結(jié)合各單元素?fù)诫s的優(yōu)點(diǎn)，本文進(jìn)行了二元及多元摻雜。F的摻雜使Mn的平均氧化態(tài)降低，提高了材料的容量，但加劇了Jahn-Te

4、ller效應(yīng)和Mn的溶解。導(dǎo)致材料的循環(huán)性能變差。F-Co-Cr陰陽離子復(fù)合摻雜可以保證材料既有較高的可逆容量又具有較好的循環(huán)性能。其中LiCo<,0.025>Cr<,0.025>Mn<,1.95>F<,0.05>O<,3.95>的綜合性能最好，55℃下首次放電比容量為117.1mAh·g<'-1>，30次充放電循環(huán)后容量衰減率僅為11.78％。 采用溶膠-凝膠法對基體材料進(jìn)行LiCoO<,2>表面包覆，得到的晶體顆粒棱角更加圓

5、滑，提高了材料的抗電解液溶蝕能力，減緩了Mn的溶解損失。其中，材料5％LiCoO<,2>-LiCr<,0.05>Mn<,1.95>O<,4>的電化學(xué)性能優(yōu)越，首次放電比容量為122.3mAh·g<'-1>，50次循環(huán)后仍保持在112.4mAh·g<'-1>以上。 此外，對新型的電池體系Li<,4>Ti<,5>O<,12>/LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>進(jìn)行測試分析發(fā)現(xiàn)：正負(fù)極材料都呈現(xiàn)尖晶石結(jié)構(gòu)，電池體系的首次放