鋰離子電池錳基正極材料的研究.pdf

1、隨著電子設備的快速發(fā)展以及能源與環(huán)境問題的日益突出，人們對化學電源提出了更高的要求。鋰離子電池以其高電壓、比能量大、循環(huán)壽命長和無污染等優(yōu)點而得到廣泛的應用。具有高插入電位的過渡金屬氧化物常用作鋰離子電池的正極材料，目前研究較多的是層狀結構的LiCoO<,2>、LiNiO<,2>以及尖晶石結構的LiMn<,2>O<,4>。其中尖晶石LiMn<,2>O<,4>以其高電壓、高安全性、低成本、易回收、對環(huán)境友好等優(yōu)點而被人們公認為最具應用前景

2、的鋰離子電池正極材料之一。 本文在傳統(tǒng)固相法的基礎上，采用溶膠．凝膠法制備了尖晶石LiMn<,2>O<,4>正極材料，并采用離子摻雜和表面包覆對其進行改性研究。此外，在此基礎上用高溫固相法合成了5V正極材料LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>和1.5V的負極材料Li<,4>Ti<,5>O<,12>，并成功組裝成新型的電池體系li<,4>Ti<,5>O<,12>/LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>。采用XRD

3、、SEM、恒電流充放電、循環(huán)伏安、電化學阻抗等檢測手段和電化學分析方法相結合，對材料的結構、形貌以及電池性能進行了分析研究。 實驗結果表明：摻雜的Cr、Ni、Co、Mg陽離子半徑與Mn<'3+>的半徑相近，摻雜后容易形成固溶體。隨著摻雜量的增加材料的初始放電比容量降低，但卻提高了尖晶石結構的穩(wěn)定性和循環(huán)性能。結合各單元素摻雜的優(yōu)點，本文進行了二元及多元摻雜。F的摻雜使Mn的平均氧化態(tài)降低，提高了材料的容量，但加劇了Jahn-Te

4、ller效應和Mn的溶解。導致材料的循環(huán)性能變差。F-Co-Cr陰陽離子復合摻雜可以保證材料既有較高的可逆容量又具有較好的循環(huán)性能。其中LiCo<,0.025>Cr<,0.025>Mn<,1.95>F<,0.05>O<,3.95>的綜合性能最好，55℃下首次放電比容量為117.1mAh·g<'-1>，30次充放電循環(huán)后容量衰減率僅為11.78％。 采用溶膠-凝膠法對基體材料進行LiCoO<,2>表面包覆，得到的晶體顆粒棱角更加圓

5、滑，提高了材料的抗電解液溶蝕能力，減緩了Mn的溶解損失。其中，材料5％LiCoO<,2>-LiCr<,0.05>Mn<,1.95>O<,4>的電化學性能優(yōu)越，首次放電比容量為122.3mAh·g<'-1>，50次循環(huán)后仍保持在112.4mAh·g<'-1>以上。 此外，對新型的電池體系Li<,4>Ti<,5>O<,12>/LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>進行測試分析發(fā)現(xiàn)：正負極材料都呈現(xiàn)尖晶石結構，電池體系的首次放