納米錳酸鋰和錳酸鋰-碳納米復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，鋰離子電池LiMn2O4正極材料一直是研究的熱點(diǎn)，但是，在電動汽車等高功率應(yīng)用場合下，LiMn2O4材料仍存在較大的極化效應(yīng)和低功率密度，也存在較快的容量衰減問題。而功率密度過低是由于電極材料的倍率容量較低所導(dǎo)致，特別是在高的電流倍率下正極材料中鋰離子和電子擴(kuò)散慢導(dǎo)致鋰離子在材料中脫出/嵌入不充分。通常用兩種方法來提高正極材料的倍率容量:一種是將正極材料的結(jié)晶尺寸和顆粒尺寸從傳統(tǒng)的微米級減少到納米級，使鋰離子擴(kuò)散和電子傳輸距離得

2、到顯著減小;另一種方法是在正極材料中添加導(dǎo)電物質(zhì)來增加它們的電子電導(dǎo)率。研究發(fā)現(xiàn)，使用納米結(jié)構(gòu)的錳酸鋰及其錳酸鋰/碳材料納米復(fù)合物作為正極材料時，鋰離子電池的倍率容量，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)容量保持率都得到提高。
　　本論文首先探索了純相納米錳酸鋰粒子的合成，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物的鋰錳比例來探索一步水熱法合成物相較純、晶粒細(xì)小、粒度均勻、結(jié)晶性好的錳酸鋰納米顆粒，合成的純相納米錳酸鋰材料具有較高的首周放電容量，但可能由于電極制備和循環(huán)過程中大

3、納米顆粒間發(fā)生了團(tuán)聚，導(dǎo)致其倍率性能還不夠好，長周次下循環(huán)穩(wěn)定性較一般，需要后續(xù)的改性加以提高。
　　然后我們通過在上述水熱反應(yīng)過程加入石墨烯，合成錳酸鋰/石墨烯(LiMn2O4/GNS)納米復(fù)合材料，尺寸為10-20nm的納米LiMn2O4粒子均勻地分散在石墨烯片層上。石墨烯的加入不僅提高了錳酸鋰的導(dǎo)電性能，而且減少了納米粒子的團(tuán)聚，相較于純的錳酸鋰材料，錳酸鋰/石墨烯納米復(fù)合材料擁有較高的容量，較穩(wěn)定的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率容量保持

4、率。
　　為了探究錳酸鋰正極材料在電動汽車等高功率電池領(lǐng)域的運(yùn)用前景，構(gòu)建具有高倍率性能的錳酸鋰納米結(jié)構(gòu)，我們通過一步水熱法制備獲得高度結(jié)晶的超細(xì)錳酸鋰/碳納米管(LiMn2O4/CNT)納米復(fù)合材料。碳納米管形成的的三維導(dǎo)電基體不僅能為活性材料提供更高的電子導(dǎo)電率，還能減少錳酸鋰納米粒子之間的團(tuán)聚。具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和形貌的超細(xì)錳酸鋰/碳納米管納米復(fù)合材料可以表現(xiàn)出超高的倍率容量和長周次下的循環(huán)穩(wěn)定性，相對于文獻(xiàn)報導(dǎo)的溶膠凝膠法制備的