正極材料尖晶石錳酸鋰的制備及高溫性能研究.pdf

1、為了加快儲(chǔ)能和動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展,本研究著眼于推進(jìn)鋰離子電池正極材料尖晶石錳酸鋰的工業(yè)化進(jìn)程,采用工業(yè)級(jí)材料合成尖晶石LiMn2O4正極材料,并著重改善其高溫性能。
　　LiMn2O4的循環(huán)性能比較差,尤其在高溫下容量衰減較快。本研究中以碳酸鋰和電解二氧化錳為原料,對(duì)錳酸鋰的固相合成工藝進(jìn)行了較詳細(xì)的研究,找出其循環(huán)性能差的主要原因;通過摻雜改性,合成出了性能較好的錳酸鋰正極材料。最優(yōu)工藝下合成的錳酸鋰結(jié)晶良好、顆粒分布均勻,是

2、純相的尖晶石結(jié)構(gòu),材料在常溫和55℃高溫下以1C倍率恒流充放電時(shí),初始放電比容量分別為115mAh/g和108mAh/g,充放電循環(huán)200次之后,容量保持率分別為92％和80%。
　　針對(duì)錳酸鋰高溫性能差的缺點(diǎn)進(jìn)行了摻雜改性。實(shí)驗(yàn)中分別進(jìn)行氟、鋁、鈷單一離子摻雜,對(duì)摻雜離子和摻雜量進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比,結(jié)果表明:單一離子摻雜后錳酸鋰的初始放電容量都有所下降,其中摻雜鋁離子對(duì)錳酸鋰的高溫性能提高最明顯。當(dāng)摻雜5%鋁離子時(shí),錳酸鋰在常溫和高

3、溫1C倍率下的初始放電比容量分別為107mAh/g和101mAh/g,充放電循環(huán)200次后,容量保持率分別為94%和88%。為改善單一離子摻雜后錳酸鋰初始容量下降的問題,對(duì)錳酸鋰進(jìn)行了混合離子摻雜。實(shí)驗(yàn)中分別對(duì)氟與鋁,氟與鈷,以及氟、鋁、鈷三種離子摻雜的效果進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明:混合離子摻雜后錳酸鋰的初始放電容量較單一離子摻雜明顯提升,但是循環(huán)性能有所下降,其中摻雜氟與鈷的效果較好,當(dāng)兩者摻雜量均為1%時(shí),錳酸鋰在常溫和高溫下的初始

4、放電比容量均為118mAh/g,充放電循環(huán)200次后,容量保持率分別為90%和76%。
　　混合離子摻雜并沒有達(dá)到預(yù)期的理想效果,這可能是固相混料不均造成的,因此改用濕混料法進(jìn)行摻雜,分別對(duì)硼、氟、鈷的摻雜效果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:濕混料摻雜鈷的效果最好,摻雜5%鈷時(shí)錳酸鋰的放電容量顯著提高,在常溫和高溫下的初始放電比容量分別為123mAh/g和121mAh/g,充放電循環(huán)200次后,容量保持率分別為92%和79%。最后又對(duì)錳酸鋰