高溫長壽命功率型錳酸鋰的制備和電化學(xué)性能研究.pdf

1、具有高比能量、高安全性、高比功率、長循環(huán)壽命的動力鋰電池是未來各種電動工具特別是電動汽車的理想電源。高端電池材料及其綠色化制備工藝的開發(fā)是鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。作為鋰離子電池正極材料，尖晶石型錳酸鋰具有價格低、環(huán)境友好、安全性較高等優(yōu)點，適合應(yīng)用在動力電池領(lǐng)域。然而，錳酸鋰作為正極材料的主要缺點是高溫循環(huán)性能較差，這限制了其廣泛發(fā)展。同時，國內(nèi)在高端錳酸鋰材料方面的發(fā)展相對緩慢，取得突破性進展較少。針對動力鋰離子電池對尖晶石型錳酸鋰的社

2、會需求，本論文圍繞制備具有高溫長壽命功率型尖晶石類錳酸鋰正極材料展開了一系列的研究。
　　通過對材料的形貌和組成調(diào)控，利用低共熔鋰鹽為原料和自制的碳酸錳微球為前驅(qū)體，成功制備了微米級錳酸鋰材料，系統(tǒng)的分析了材料的結(jié)構(gòu)、形貌對其電化學(xué)性能的影響。此外，采用了不同摻雜方式成功制備了具有高溫長壽命功率型的錳酸鋰正極材料。
　　研究結(jié)果表明:利用溶劑熱法，控制反應(yīng)溫度為200℃，保溫時間為12h，所得到的MnCO3具有多孔微球形形貌

3、。以此MnCO3為模板與熔融鋰鹽均勻混合后，經(jīng)中溫煅燒后得到具有結(jié)晶度好、純度高和比表面積小的多孔微球形LiMn2O4。電化學(xué)測試表明:該材料在1，5，10和20 C倍率下，首圈放電比容量分別為125.0，111.3，104.4和98.0mAh/g;2，10和20 C循環(huán)500圈后容量保持率分別達82％，91％和80％。進一步研究表明，該材料具有優(yōu)良電化學(xué)性能主要在于其具有中孔洞結(jié)構(gòu)、高的結(jié)晶度、合理的一次粒子尺寸以及材料表面的結(jié)構(gòu)（大

4、部分是Mn4+）。表面Mn針有效地緩解了材料在循環(huán)過程發(fā)生的Mn3+歧化反應(yīng)。
　　采用鋰離子、過渡金屬離子以及二元金屬復(fù)合摻雜對錳酸鋰進行改性，有效地改善了材料高溫高倍率條件下的循環(huán)性能。其中，鋰離子和過渡金屬離子復(fù)合摻雜對錳酸鋰的電化學(xué)性能改善最為有效。通過協(xié)同摻雜方式制備的摻雜錳酸鋰材料在0.5，1和5C條件下循環(huán)1000圈后容量保持率分別為85.6％，88.9％和89.4％;同時，該材料在高溫(55℃)和低溫(0℃)下也具