鋰離子電池正極材料錳酸鋰的固相合成及改性研究.pdf

1、正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分已經(jīng)成為制約其大規(guī)模推廣應(yīng)用的瓶頸，是進(jìn)一步提高鋰離子電池性能、降低成本的關(guān)鍵。尖晶石型LiMn2O4正極材料因具有工作電壓高、安全性能好、生產(chǎn)成本低、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，是21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料之一。 本文綜述了鋰離子電池正極材料的發(fā)展，分析了國內(nèi)外關(guān)于尖晶石型LiMn2O4正極材料的研究現(xiàn)狀。針對尖晶石型LiMn2O4正極材料理論比容量較低、電化學(xué)循環(huán)性能差等缺

2、陷，對尖晶石型LiMn2O4正極材料的合成工藝與摻雜改性方法進(jìn)行了研究。采用固相合成法制備尖晶石型LiMn2O4正極材料。以粉末樣品的振實(shí)密度為試驗(yàn)考察指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)考察了鋰錳原子數(shù)之比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對尖晶石型LiMn2O4正極材料結(jié)構(gòu)、微觀形貌和電化學(xué)性能的影響。確定了固相合成法制備尖晶石型LiMn2O4正極材料的優(yōu)化工藝條件。通過X射線衍射（XRD）和掃描電鏡（SEM）測試，表征了合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和微觀形貌，恒流充放電性能測

3、試實(shí)驗(yàn)，研究了正極材料的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：以氫氧化鋰（LiOH·H2O）為鋰源，電解二氧化錳（EMD）為錳源采用固相合成法制備尖晶石型LiMn2O4正極材料的最佳工藝條件是：反應(yīng)溫度750℃，反應(yīng)時(shí)間24h，鋰錳原子數(shù)之比nLi/nMn=1．05：2。優(yōu)化條件下制備的純相尖晶石型LiMn2O4正極材料的初始放電比容量達(dá)到118．91mA·h/g，10次循環(huán)以后放電比容量達(dá)到108．03mA·h/g，容量保持率為90．85％。

4、 分別以乙酸鈷（Co（CH3COO）2·4H2O）、乙酸鎳（Ni（CH3COO）2·4H2O）為摻雜物，制備了摻雜鋰錳氧化物L(fēng)i1．osM0．04Mn1．96O4（M=Co、 Ni）?？疾炝藫诫s元素對鋰錳氧化物結(jié)構(gòu)、微觀形貌和電化學(xué)性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：摻雜改善了鋰錳氧化物體系中陽離子混排程度，而未改變產(chǎn)物的尖晶石結(jié)構(gòu)，Co、Ni摻雜改善了顆粒的微觀形貌，摻雜改性后的正極材料其循環(huán)性能有較大程度提高，但是初始放電比容量卻有所降低

5、。在純相尖晶石型LiMn2O4正極材料中摻入Co元素合成Li1．05Co0．04Mn1．96O4，初始放電比容量達(dá)到114．55mA·h/g，10次循環(huán)以后放電比容量達(dá)到107．71mA·h/g，容量保持率為94．03％。在純相尖晶石型LiMn2O4正極材料中摻入Ni元素合成Li1．05Ni0．04Mn1．96O4，其初始放電比容量達(dá)到113．38mA·h/g，10次循環(huán)以后放電比容量達(dá)到108．93mA·h/g，容量保持率為96．08