陰陽離子復合摻雜錳酸鋰正極材料的合成及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、尖晶石錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料，具有資源豐富，以及價格便宜和對環(huán)境友好的潛在優(yōu)勢。致力于解決其在電極過程中Mn易溶解，以及其產(chǎn)生Jahn-Teller效應造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定問題，倍受人們的關(guān)注。其研究工作，對于開發(fā)尖晶石錳酸鋰在鋰離子電池中的廣泛應用具有重要的理論和現(xiàn)實意義。 本文從陰陽離子復合摻雜角度出發(fā)，選擇Cu和Cr作為摻雜的陽離子，F(xiàn)作為摻雜的陰離子，采用溶膠凝膠法合成了LiMn<,2>O<,4-y>F<,y>，LiCu

2、<,x>Mn<,2-x>O<,3.9>F<,0.1>，LiCr<,x>Mn<,2-x>O<,3.9>F<,0.1>，LiCu<,x>Cr<,y>Mn<,2-x-y>O<,3.9>F<,0.1>的摻雜粉體材料，并研究了它們的結(jié)構(gòu)特征和電化學性能及摻雜作用機理。研究工作發(fā)現(xiàn)，對于陰離子F摻入，樣品仍具有規(guī)整的立方尖晶石相。發(fā)現(xiàn)F的摻入能有效地起到提高尖晶石LiMn<,2>O<,4>正極材料初始放電容量的作用，尤其是改善了LiMn<,2>O<

3、,4>的高溫性能，但是隨著F摻入量的增加，其衰減率也逐漸增大。當選擇F的摻雜摩爾配比量為0.1時，其首次放電容量為122.6mAh.g<'-1>，循環(huán)20次后容量保持率為95.5％。 合成的LiCu<,x>Mn<,2-x>O<,3.9>F<,0.1>LiCr<,x>Mn<,2-x>O<,3.9>F<,0.1>，LiCu<,x>Cr<,y>Mn<,2-x-y>O<,3.9>F<,0.1>的陰陽離子復合摻雜材料，仍具有規(guī)整的立方尖晶

4、石相，其LiMn<,2>O<,4>的基本結(jié)構(gòu)并沒有改變。以該粉體材料作為鋰離子電池正極材料活性物質(zhì)合成電極，并且組裝成CR2025型扣式電池，經(jīng)充放電循環(huán)測試發(fā)現(xiàn)：陰陽離子復合摻雜可以較大減輕各自對材料電化學活性的負面影響。F的摻入降低了Mn的平均價態(tài)，增加Mn<,3+>的含量，相應的提高了材料的初始容量。Cu、Cr摻入，由于其有較高的八面體場擇位能，能優(yōu)先進入尖晶石錳酸鋰晶格中的八面體配位的位置，而且其形成的M(Cu、Cr)-O鍵比M

5、n-O鍵具有更大的鍵能，能固定錳酸鋰的尖晶石結(jié)構(gòu)，有效地抑制Mn<'3+>在電解質(zhì)中的溶解。當Cu摻雜配比量為0.05時，電極活性材料LiCu<,0.05>Mn<,1.95>O<,3.9>F<,0.1>首次放電容量達到了120.14 mAh·g<,-1>，經(jīng)過20次的循環(huán)后容量保持率為97.2％；當Cr摻雜配比量為0.08時，電極活性材料LiCr<,0.08>Mn<,1.93>O<,3.9>F<,0.1>首次放電容量達到了120.08