LiMn-,2-O-,4-的尿素輔助溶膠凝膠法合成、改性及電化學(xué)性能研究.pdf

1、尖晶石LiMn<,2>O<,4>由于具有對(duì)環(huán)境友好、成本低、電化學(xué)性能較好等優(yōu)勢(shì)，因此被認(rèn)為是現(xiàn)有鋰離子電池正極材料LiCoO<,2>的替代者之一。雖然尖晶石LiMn<,2>O<,4>還存在容量較低、充放電循環(huán)性較差、高溫容量衰減嚴(yán)重等缺點(diǎn)，但通過采用新的合成方法、摻雜改性和表面包覆等手段可以改善其電化學(xué)性能。目前，LiMn<,2>O<,4>材料研究的重點(diǎn)在于提高LiMn<,2>O<,4>的可逆比容量，增加循環(huán)壽命和提高高溫下材料的充放

2、電性能。所以，合成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且性能優(yōu)異的LiMn<,2>O<,4>是至關(guān)重要的工作。本論文工作共分六章： 第一章綜述了鋰離子正極材料研究現(xiàn)狀、尖晶石LiMn<,2>O<,4>正極材料的制備方法、研究進(jìn)展以及超級(jí)電容器的簡(jiǎn)介。同時(shí)提出了本論文的選題意義和本研究需解決的科學(xué)問題。 第二章采用尿素輔助溶膠凝膠法在較短的時(shí)間內(nèi)與較低的溫度下合成電化學(xué)性能優(yōu)異的單相尖晶石LiMn<,2>O<,4>材料。與文獻(xiàn)報(bào)道的方法相比，尿素輔助

3、溶膠凝膠法使反應(yīng)物在分子水平上充分接觸，由于尿素的多功能作用一一絡(luò)合劑、燃燒劑和核生長(zhǎng)控制劑，所得尖晶石LiMn<,2>O<,4>具有規(guī)整球形，平均粒徑為60nm，分散均勻，且沒有團(tuán)聚。同時(shí)對(duì)尿素輔助溶膠凝膠法的制備機(jī)理進(jìn)行了研究。 第三章為改善尖晶石LiMn<,2>O的電化學(xué)性能，選用了Li、Cr、Co、Ni、Mg、zn、Al、Fe等元素進(jìn)行陽(yáng)離子和F元素進(jìn)行陰離子單摻雜或混合摻雜以抑制尖晶石LiMn<,2>O<,4>的Jah

4、n-Teller畸變，穩(wěn)定尖晶石LiMn<,2>O<,4>的結(jié)構(gòu)，提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。研究表明在摻雜量為O.1時(shí)，單摻雜中Cr、Ni和Co摻雜比其余元素?fù)诫s能更好地改善材料的電化學(xué)性能。同時(shí)本實(shí)驗(yàn)對(duì)尖晶石LiMn<,2>O<,4>進(jìn)行了共摻雜，結(jié)果表明共摻雜效果要好于單摻，在本實(shí)驗(yàn)中共摻雜樣品Li<,1.06>Ni<,0.06>Cr<,0.1>Mn<,1.84>O<,4>、Li<,1.06>Ni<,0.1>Mn<,1.9>O<,395

5、>F<,0.05>和Li<,1.06>Cr<,0.1>O<,395>F<,0.05>均具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性，且容量衰減都小于未摻雜樣品。 第四章為了提高尖晶石LiMn<,2>O<,4>材料的電子電導(dǎo)率和抑制LiMn<,2>O<,4>材料中錳在電解液中的溶解，本論文選用了高電子電導(dǎo)率的導(dǎo)電聚合物一一聚苯胺對(duì)尖晶石LiMn<,2>O<,4>正極材料進(jìn)行表面包覆以改善其電化學(xué)性能。本研究采用原位聚合在LiMn<,2>O<,4>表面進(jìn)

6、行包覆，制備了新型的復(fù)合材料。包覆后材料展現(xiàn)了優(yōu)異的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)100次后放電比容量仍有99.4 mAh·g<'-1>。這部分工作目前尚未見報(bào)道。 第五章在本研究采用尿素輔助溶膠凝膠法合成納米級(jí)LiMn<,2>O<,4>材料的基礎(chǔ)上，將該材料作為超級(jí)電容器電極材料進(jìn)行了初步研究。分別采用1mol·L<'-1>的LiMn<,2>O<,4>，和1mol·L<'-1>LiMn<,2>O<,4>作為電解液，組裝成模擬非對(duì)稱