燃燒法合成錳酸鋰及聚電解質(zhì)改性研究.pdf

1、隨著鋰離子電池的快速發(fā)展，低成本的電極材料引起了人們的更多關(guān)注，尖晶石LiMn2O4具有很強的競爭力，由于高安全性、錳資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好等特點，被認為是最具潛力的鋰離子電池正極材料之一。近些年來，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到電動汽車上。但是，由于LiMn2O4材料Mn3+溶解導(dǎo)致的楊-泰勒效應(yīng)以及結(jié)晶度降低，導(dǎo)致材料的容量衰減嚴重。大量研究發(fā)現(xiàn)，LiMn2O4的電化學(xué)性能與合成工藝、材料的粒徑大小，微觀形貌等有很大關(guān)系，本文主要從減少材

2、料的粒徑尺寸、聚丙烯酸鋰表面包覆和功能粘接劑三個方面改進LiMn2O4材料的電化學(xué)性能。通過電化學(xué)測試以及XRD、SEM和TEM等表征方法，研究了LiMn2O4材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容包括：
　　(1)通過碳納米管輔助溶液燃燒法，以LiNO3，50％Mn(NO3)2溶液為原料，碳納米管作燃料，成功合成了超細的LiMn2O4材料，研究了CNTs對LiMn2O4材料的結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響，倍率性能測試表明，CNT

3、s的添加量對LiMn2O4材料的電化學(xué)表現(xiàn)有很大的影響。選擇添加7%的CNTs作燃料時合成的LiMn2O4材料(C7%-LMO)具有高的充放電比容量。通過XRD分析表明，樣品C7%-LMO具有最低的晶格畸變度。SEM分析表明，C7%-LMO的晶粒尺寸為100 nm，具有最小的晶粒尺寸。樣品C7%-LMO這些獨特的微觀形貌特征保證了其具有最高的放電比容量，該樣品在0.2 C時第二次放電比容量為115.1 mAh·g-1，且在10 C時仍然

4、能夠達到77 mAh·g-1，在1 C倍率下經(jīng)過100次循環(huán)，其循環(huán)效率為94.8%。減少晶粒大小能夠縮短鋰離子在電極材料中的遷移距離，因此，C7%-LMO表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能。
　　(2)通過溶液燃燒法，以LiNO3，Mn(CH3COO)2·4H2O和50%Mn(NO3)2溶液為原料，成功合成了尖晶石LiMn2O4材料。采用PAALi對LiMn2O4進行包覆，研究了不同PAALi包覆量對材料結(jié)構(gòu)和性能的影響，通過XRD、TEM

5、和ICP-OES等表征及電化學(xué)性能測試分析，結(jié)果表明采用PAALi包覆能夠阻止LiMn2O4電極材料中錳的溶解，從而提高LiMn2O4材料在電解液中的穩(wěn)定性，當(dāng)PAALi的包覆量為2%時，包覆材料(標(biāo)記為LMO@2%PAALi)具有最佳的倍率性能、更高的放電比容量和更好的循環(huán)性能。樣品LMO@2%PAALi在0.2 C倍率下初始放電比容量為127.2 mAh·g-1，在10 C下放電容量仍然可以到達97.3 mAh·g-1，在1 C倍率

6、下經(jīng)過100次循環(huán)以后，樣品LMO@2%PAALi循環(huán)效率能夠達到88.4%。
　　(3)研究不同類型粘接劑對材料電化學(xué)性能的影響，比較了不同的粘接劑聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸鋰(PAALi)和LA132對LiMn2O4材料的電化學(xué)性能的影響，結(jié)果表明以PVA為粘接劑合成的LiMn2O4樣品(LMO3)具有良好的化學(xué)性能。LMO3在0.2 C下初始放電比容量為128.9 mAh·g-1，在1 C倍率下經(jīng)過100次循環(huán)，其循環(huán)效率