高端尖晶石錳系正極材料的合成及性能研究.pdf

1、尖晶石錳系材料由于具有錳資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好、放電電壓高、安全性能優(yōu)異且容易制備而成為當今鋰離子電池領(lǐng)域最具前景的正極材料之一。然而限制錳酸鋰材料更廣泛地用于各類電池的最主要原因在于其高溫容量衰減快和循環(huán)穩(wěn)定性不高等缺陷。引起該缺陷的原因包括Jahn-Teller效應(yīng)、錳歧化后在有機電解液中的溶解及電解液的分解等。本文主要研究了以下三方面內(nèi)容：首先，探討了前驅(qū)體MnO2晶體結(jié)構(gòu)對錳酸鋰性能的影響，制備了高穩(wěn)定性高端錳酸鋰；其次，

2、通過共沉淀法制備了循環(huán)穩(wěn)定性能優(yōu)異的尖晶石高電壓球形LiMn1.5Ni0.5O4材料；最后，采用濃度梯度漸變的理念將LiMn1.5Ni0.5O4材料的循環(huán)穩(wěn)定優(yōu)勢與傳統(tǒng)錳酸鋰組合，制備了一種有序摻雜的濃度梯度鎳錳酸鋰材料，從而有效提高了傳統(tǒng)錳酸鋰材料的高溫性能。主要工作有：
　　(1)采用自制的四種不同晶型二氧化錳(α-,β-,γ-,δ-MnO2)，通過一步固相法制備了尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰，探討了不同晶型二氧化錳對尖晶石錳酸鋰結(jié)構(gòu)和

3、物理化學(xué)性能的影響。測試表明，由β-MnO2制備的樣品形貌光滑，大小均一，并且具有最好的電化學(xué)性能，在3.0-4.4V電壓范圍0.5C倍率下首次放電容量達126mAhg-1，循環(huán)100次后的容量保持率為83.3％，顯著優(yōu)于其他三個樣品。因此實驗數(shù)據(jù)表明β-MnO2為合成錳酸鋰的最佳錳源。
　　(2)通過碳酸鹽控制結(jié)晶共沉淀法制備了球形度良好的[Mn0.75Ni0.25]CO3前驅(qū)體，研究了兩種不同混鋰方式對材料性能的影響，結(jié)果表明

4、將碳酸鹽分解形成的氧化物(Mn0.75Ni0.25)xOy與鋰鹽均勻混合后制備的LiMn1.5Ni0.5O4樣品表現(xiàn)出更為優(yōu)異的電化學(xué)性能。在0.5C倍率下，該樣品首次放電比容量為141.5mAhg-1，100次循環(huán)之后，容量仍有131.5mAhg-1。
　　(3)成功地用碳酸鹽控制結(jié)晶共沉淀法制備了一種結(jié)構(gòu)新穎的濃度梯度LiMn1.87Ni0.13O4樣品。測試表明，在高溫55℃下，3.0-4.4V電壓范圍內(nèi)LiMn1.87Ni