微波加熱制備錳酸鋰及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池因為其具備優(yōu)異的性能，在近年來得到了迅速的發(fā)展。鋰離子電池正極材料LiMn2O4屬于立方晶系呈尖晶石結(jié)構(gòu)，理論比容量:148mAhg-i，實際容量可達(dá):110～130mAhg-1，循環(huán)壽命≥500次。由于LiMn2O4具有穩(wěn)定性好、無毒環(huán)保、價格低以及可大電流快速充放電等特點，是目前研究最多、開發(fā)力度最大、最具應(yīng)用前景的電極材料之一。但它存在的問題是:實際電池容量不高，且循環(huán)使用過程中容量快速衰減，尤其是高溫電化學(xué)循環(huán)性能及充

2、放電性能尚待改善。通過金屬離子的摻雜，可以改變LiMn2O4材料的晶體結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性，提高它的循環(huán)容量。微波法是一種新型高效材料的合成方法，通過熱處理過程中的微波輻射，可有效縮短反應(yīng)時間，減少能源消耗;同時，研究表明，采用微波燒結(jié)可改善材料的均勻性，提升材料的電化學(xué)性能。基于此，在錳酸鋰正極材料研究中，通過將摻雜改性和微波熱處理方法相結(jié)合，有望實現(xiàn)該材料性能的提升，為新型鋰離子電池的開發(fā)作出貢獻(xiàn)。
　　 本文采用微波加熱和傳統(tǒng)加熱

3、兩種熱處理方法制得純相LiMn2O4正極材料。系統(tǒng)研究兩種熱處理方式對產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。同時，通過摻雜成功制備出了尖晶石型結(jié)構(gòu)的LiNixMn2-xO4(X=0.1～0.6)及LiA(l)xMn2-xO4(X=0.1～0.3)，研究了摻雜濃度、Li過量摩爾比及熱處理溫度等對材料結(jié)構(gòu)的影響，并對其物理性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　 研究結(jié)果表明:
　　 (1)微波法制備的樣品物理性能和電化學(xué)性能都優(yōu)于

4、傳統(tǒng)熱處理法制備的樣品。在微波熱處理溫度為750℃、鋰過量10％的條件下，制備出純相LiMn2O4正極材料，其顆粒微細(xì)、粒徑均勻，具有尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)。于0.1C倍率下，以微波法制備的LiMn2O4正極材料首次放電比容量可達(dá)112.38mA·h/g，1C倍率充放電50次循環(huán)后，容量損失率為91.6％。
　　 (2)摻雜Ni后的樣品首次放電比容量有所下降，但LiNi0.5Mn1.5O4的樣品循環(huán)性能得到提高。在微波熱處理溫度為75

5、0℃，15min的條件下，制備出的LiNixMn2-xO4樣品具有尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)。隨著Ni摻雜量的增加，晶格參數(shù)減小，晶胞體積減小。于0.1C倍率下，LiNi0.5Mn1.5O4的首次放電比容量可達(dá)106.19mA·h/g，略低于LiMn2O4，1C倍率充放電50次循環(huán)后，容量保持率為92.1％，高于LiMn2O4的91.6％。容量保持率較高，且有4.7V的高電壓平臺，比較適合作高電位鋰離子電池正極材料。
　　 (3)摻雜Al