溶膠-凝膠法制備LiMn2O4粉體及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有放電比容量大、工作電壓高、循環(huán)性能好和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品，并且越來(lái)越多地作為高功率型電源應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。正極材料是影響鋰離子電池電化學(xué)性能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，開(kāi)發(fā)電化學(xué)性能優(yōu)越的正極材料成為目前研究的重點(diǎn)。尖晶石型 LiMn2O4與其它正極材料相比具有比容量高、原料資源豐富、價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境友好和安全性高等優(yōu)點(diǎn)，是理想的鋰離子電池正極材料。但 LiMn2O4在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生Jahn-Te

2、ller效應(yīng)，導(dǎo)致晶格畸變，影響其循環(huán)性能。同時(shí) Mn的溶解和電解液的分解也會(huì)使其電化學(xué)性能受到影響。在尖晶石結(jié)構(gòu)中摻入少量金屬陽(yáng)離子可有效改善其循環(huán)性能。本文采用溶膠-凝膠(sol-gel)法，以硝酸鋰、硝酸錳和硝酸鈷為鋰、錳、鈷源，聚丙烯酸(PAA)和檸檬酸為絡(luò)合劑，結(jié)合熱處理工藝制備 LiMn2O4粉體和LiCoxMn2-xO4粉體?？疾?Li/Mn比、煅燒溫度、煅燒時(shí)間及摻 Co量對(duì)尖晶石LiMn2O4粉體形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能

3、的影響。研究LiMn2O4粉體的循環(huán)伏安性能，及不同充放電倍率下LiMn2O4粉體和LiCo0.12Mn1.88O4粉體的循環(huán)性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以檸檬酸為絡(luò)合劑，在一定溫度下合成了性能穩(wěn)定且組分均勻的溶膠和凝膠。凝膠經(jīng)熱處理在430℃左右基本分解完全，逐漸形成尖晶石型 LiMn2O4晶體。700℃煅燒10 h得到的LiMn2O4粉體，在充放電倍率為0.1 C，截止電壓為3.3~4.5 V條件下，首次放電比容量達(dá)到1

4、26 mAh/g，經(jīng)50次循環(huán)后，比容量為98 mAh/g，容量保持率為77.8％。⑵以PAA為絡(luò)合劑，Li/Mn比為1.06:2， PAA與金屬離子比為0.4:1，700℃煅燒10 h的得到的LiMn2O4粉體，尖晶石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，晶型完整，粉體顆粒呈球形且分布均勻，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。相同條件下，首次放電比容量達(dá)到126 mAh/g，經(jīng)50次循環(huán)后，比容量為110 mAh/g，容量保持率可達(dá)到87.3%。⑶以PAA為絡(luò)合劑，合成了性能和成分

5、穩(wěn)定的前驅(qū)體，前驅(qū)體在450℃基本分解完全，開(kāi)始形成尖晶石LiCoxMn2-xO4晶體。相同條件下，700℃煅燒10 h得到的LiCo0.12Mn1.88O4粉體首次放電比容量為117mAh/g，經(jīng)100次循環(huán)后，比容量為109 mAh/g，容量保持率高達(dá)93.2%，表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。⑷循環(huán)伏安結(jié)果表明，以PAA為絡(luò)合劑700℃煅燒10 h制備的LiMn2O4粉體，其循環(huán)伏安曲線峰型穩(wěn)定，發(fā)生氧化還原反應(yīng)所需的電勢(shì)差較低，具備較高的