錳基正極材料的制備及儲鋰性能研究.pdf

1、鋰離子電池憑借體積小、壽命長等優(yōu)勢廣泛應用于智能手機、便攜式筆記本電腦等電子設備。隨著純電動汽車、混合型電動汽車的快速發(fā)展，人們對鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求。由于商用石墨類負極材料的比容量通常高于現(xiàn)有正極材料，所以正極材料成為影響電池能量密度的直接因素之一。目前，已經(jīng)商業(yè)化的正極材料有LiCoO2（層狀）、Ni-Co-Mn三元材料（層狀）、LiFePO4（橄欖石型）以及LiMn2O4（尖晶石型），其中LiMn2O4以其成本低、

2、制備簡便、無污染以及三維鋰離子通道等優(yōu)勢，得到了科研工作者們的密切關注。但同樣也存在一些問題，比如在充放電過程中容易發(fā)生姜-泰勒(Jahn-Teller)效應，導致其立方結構出現(xiàn)晶格畸變，阻礙鋰離子傳輸，造成材料循環(huán)性能較差。一般地，可以在電極材料或電極外表層包覆氧化物或非氧化物，減少Mn2+的不可逆溶解，改善材料的循環(huán)性能。除此之外，還可以在LiMn2-xMxO4(0≤x≤1)錳基體系里通過摻雜Ni、Co、Cr、Ti等金屬離子，改變M

3、n的整體化合價，抑制Jahn-Teller變形，延長材料的循環(huán)壽命。
　　本文主要是以尖晶石型錳基材料為基體，通過Ti摻雜以及導電高分子和金屬氧化物包覆的途徑來改善錳基正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。具體內(nèi)容包括如下幾個方面:
　　(1)以丙烯酰胺單體為軟模板劑來源，原位聚合形成聚丙烯酰胺(PAM)軟模板，采用PAM軟模板法來制備不同Ti含量摻雜的LiMn2-xTixO4(x=0，0.25，0.5，0.75，1)前驅。通過考察Ti的摻

4、雜量，優(yōu)化出電化學性能最佳的實驗條件。結果表明，當Ti的摻雜量x=0.75時，材料的首次放電比容量為286.1 mA h g-1，經(jīng)過100次循環(huán)后，可逆比容量仍然能保持在122.9 mA h g-1，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　(2)LiNi0.5Mn1.5O4為原材料，采用化學氧化聚合法，在LiNi05Mn1.5O4材料的表面原位聚合包覆導電高分子聚苯胺（以下簡稱PANI），成功地制備了鋰離子電池高壓正極復合材料LNMO-PA

5、NI，并全面地探究了PANI包覆層的質(zhì)量、厚度、均勻性以及對材料電化學性能的影響。結果表明，當加入5％的苯胺單體時，被包覆在LNMO顆粒上的質(zhì)量大約為1％，其厚度大約20 nm。常溫下，復合材料的首次放電比容量為123.8 mAhg-1，循環(huán)200次后，仍有123.4 mA h g-1的可逆容量，容量保持率高達99.7％。同時也表現(xiàn)出了良好的倍率性能和優(yōu)異的高溫性能。
　　(3)以LiNi0.5Mn1.5O4為原材料，按照活性物質(zhì)