層狀LiMnO-,2-鋰離子電池正極材料的制備及改性.pdf

1、層狀錳酸鋰用作鋰離子電池正極材料,具有資源豐富、價格低廉、理論比容量高等優(yōu)點,但由于其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,充放電過程中容易發(fā)生畸變,Mn由層板遷移至層間,占據(jù)Li<'+>的嵌入位置,并阻塞其擴散通道,導(dǎo)致其電化學(xué)循環(huán)性能較差.在層狀錳酸鋰中摻雜一定量的其他金屬離子,如Cr<'3+>,Al<'3+>,Ga<'3+>,Co<'3+>,Ni<'2+>,Li<'+>等,能夠提高層狀錳酸鋰在充放電過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,并由此提高材料的循環(huán)性能.但部分摻雜層

2、狀錳酸鋰化合物在充放電過程中仍然會向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致容量衰減,循環(huán)穩(wěn)定性變差.本研究希望能夠找到一個簡便而又實用的表面改性方法以更好地改善層狀錳酸鋰性能,尤其在高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性能. 層狀錳酸鋰為熱力學(xué)非穩(wěn)定相,一般采用軟化學(xué)方法來合成,即先合成出P2結(jié)構(gòu)的NaMnO<,2>前驅(qū)體,再通過離子交換方法合成LiMnO<,2>目標(biāo)產(chǎn)物.本文采用同相法合成NaMn<,1-4>Co<,x>O<,2>前驅(qū)體,通過控制Mn/Co比和焙燒

3、溫度,研究了Mn/Co投料比對前驅(qū)體組成和結(jié)構(gòu)的影響,并通過離子交換反應(yīng)合成出O2結(jié)構(gòu)LiMn<,1-X>Co<,x>O<,2>(0.1≤x≤0.5)產(chǎn)物.熔鹽離子交換法制備的顆粒具有最好的形貌和結(jié)晶性,Co含量也直接關(guān)系到生成產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu),Co含量越高越有利于層狀結(jié)構(gòu)的形成.對系列LiMn<,1-x>Co<,x>O<,2>產(chǎn)物進行電化學(xué)性能測試表明:Co含量的增加在提高材料容量的同時也提高了材料的循環(huán)性能,LiMn<,0.5>Co<

4、,0.5>O<,2>具有171 mAh g<'-1>的最大放電容量和50次循環(huán)后90﹪以上的容量保持率. 陰陽離子共摻雜可以協(xié)同提高材料的電化學(xué)性能.對LiMn<,0.5>Co<,0.5>O<,2>進行F離子摻雜,LdMn<,0.5>Co<,0.5>O<,1.9>F<,0.1>雖然初始放電容量比未摻雜材料要小,但是它的循環(huán)穩(wěn)定性很好,經(jīng)過40次循環(huán)之后的放電容量比未摻雜LiMn<,0.5>Co<,0.5>O<,2>要高,50次循

5、環(huán)后容量仍然保持在136 mAh g<'-1>,放電容量保持率達到93﹪,說明F摻雜能夠有效地提高層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性. 本文通過熔融浸漬的方法,成功地對層狀LiMn<,1-x>Co<,x>O<,2>進行了表面包覆改性.對比未包覆試樣,表面包覆改性IJMn<,1-x>Co<,x>O<,2>在室溫和高溫電化學(xué)性能得到了極大的改善.ZnO包覆LiMn<,0.5>Co<,0.5>O<,2>在55℃循環(huán)具有最低的容量衰減率.熔融浸漬表面包覆