尖晶石錳酸鋰正極材料的合成及改性研究.pdf

1、尖晶石型錳酸鋰(LiMn2O4)材料由于具有較高的放電平臺、低廉的價格、對環境無污染和易合成等優點,成為當前非常具有發展潛力的正極材料之一。然而,尖晶石錳酸鋰的電化學循環性能較差,尤其是高溫(55℃)循環性能,嚴重阻礙了它的工業化進程。本論文采用低共熔鋰鹽為鋰源,通過便于工業化的固相法制備純尖晶石錳酸鋰及其鋁摻雜材料。通過X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、電化學阻抗譜(EIS)、循環伏安(CV)及充放電測試等測試技術,研究反應

2、條件、離子摻雜量及表面包覆物的量對LiMn2O4結構及其電化學性能的影響,并優化制備工藝。
　　以LiOH-Li2CO3低共熔鋰鹽體系為鋰源,以MnO2為錳源,通過預焙燒和高溫焙燒兩段焙燒的高溫固相法合成尖晶石LiMn2O4材料,研究合成條件對材料的結構、形貌及電化學性能的影響。結果表明,Li與Mn的最佳摩爾比為1.12:2,最佳預焙燒和高溫焙燒溫度分別為600℃和750℃。由最佳條件合成的LiMn2O4具有較高的容量和循環性能,

3、0.2C的放電容量為133mAh·g-1,30次循環后的容量保持率為87％。
　　在固相法合成LiMn2O4材料的基礎上,以Al2O3為鋁源,合成LiAlxMn2-xO4(x=0.05,0.1,0.15)并研究鋁摻雜量對材料的結構及電化學性能的影響。結果表明,鋁的摻雜并不改變活性材料的尖晶石結構,活性材料的放電容量有一定程度的下降,但顯著提高材料的循環性能,尤其是高溫循環性能。其中,LiAl0.1Mn1.9O4在所有LiAlxMn

4、2-xO4材料中具有最好的循環性能,室溫下,其0.5C的首次放電容量為117mAh·g-1,30次循環后容量仍維持106mAh·g-1,容量保持率高達94%。而LiMn2O4正極材料0.5C的首次放電容量為123 mAh·g-1,30次循環后容量為106 mAh·g-1,容量保持率為86%。55℃和0.2C測試條件下,LiAl0.1Mn1.9O4的放電容量為116mAh·g-1,30次循環后的容量保持率為65%,而LiMn2O4材料30

5、次循環后的容量僅為65mAh·g-1,容量保持率約為50%。
　　采用氣相SiO2對固相法合成的LiMn2O4進行表面包覆改性,并研究SiO2的用量對材料的結構及電化學性能的影響。結果表明,SiO2的加入并沒有改變材料的尖晶石結構,LiMn2O4包覆SiO2后容量略有下降,但循環性能得到一定程度的改善。其中,包覆4wt.%SiO2的LiMn2O4具有最好的電化學性能,其室溫、0.2C的放電容量為130mAh·g-1,30次循環后容