納米LiMn2O4的制備與鋁摻雜改性研究.pdf

1、鋰離子電池在便攜式移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用，但為滿足高功率的市場(chǎng)需求還需開展進(jìn)一步研究。倍率性能是評(píng)價(jià)功率型鋰離子電池正極材料的一個(gè)重要指標(biāo)。商業(yè)化的錳酸鋰材料多為微米級(jí)別，其相對(duì)較大的顆粒不利于鋰離子的脫嵌，從而導(dǎo)致材料倍率性能變差。將錳酸鋰材料進(jìn)行納米化處理可縮短鋰離子在整個(gè)遷移過(guò)程的路徑，改善材料倍率性能。因此，顆粒的納米化是改善錳酸鋰材料倍率性能的一種有效途徑。然而，納米顆粒與電解液較大的接觸面積易加速錳溶解，導(dǎo)致電池容量衰

2、減，使用壽命縮短。所以，需要對(duì)納米級(jí)錳酸鋰材料進(jìn)行持續(xù)改性處理，以穩(wěn)定材料晶格結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)材料循環(huán)穩(wěn)定性，達(dá)到延長(zhǎng)電池壽命的目的。
　　本論文主要進(jìn)行以下兩方面的研究：第一，分別使用溶膠凝膠法和固相法合成兩種不同納米尺寸錳酸鋰產(chǎn)品。研究發(fā)現(xiàn)，溶膠法制備的納米錳酸鋰（SG-LMO）表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在25℃下5C倍率時(shí)，其放電容量為85.5mAh g-1，為0.5C倍率時(shí)容量的71.7%。固相法制備的納米錳酸鋰（SS-LMO）在

3、5C倍率時(shí)的容量為72.8mAh g-1，容量保持率僅為0.5C倍率時(shí)的62.6%。SG-LMO的優(yōu)異電化學(xué)性能主要由以下幾點(diǎn)決定：（1）晶格內(nèi)較低的金屬原子混亂度和較小的I(111)/I(311)強(qiáng)度比值，增強(qiáng)了晶格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低了姜泰勒扭曲和電解液侵蝕反應(yīng)；（2）較小的納米顆粒尺寸，縮短了鋰離子的遷移路徑；（3）較小的電極極化電勢(shì)有利于鋰離子的脫嵌。第二，基于SG-LMO較為優(yōu)異的電化學(xué)性能，本研究采用液相摻鋁的方法進(jìn)一步提升其循

4、環(huán)穩(wěn)定性。通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜鋁的含量合成LiAlxMn2-xO4（x=0.00，0.05，0.10，0.15），并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，在x=0.10時(shí)LiAl0.1Mn1.9O4產(chǎn)品的電化學(xué)性能最優(yōu)。25℃時(shí)，0.5C倍率200次循環(huán)后，LiAl0.1Mn1.9O4的容量保持率為96.5%，比純相LiMn2O4高出10.9%。在45℃時(shí)，0.5C倍率100次循環(huán)后，LiAl0.1Mn1.9O4的容量保持率為93.3%，比純相LiMn2O4