尖晶石鋰錳氧化物的合成及改性研究.pdf

1、本論文分別采用機械化學法-高溫熱處理與濕化學法合成了鋰離子電池正極材料尖晶石鋰錳氧化物,并利用濕化學法對鋰錳氧化物進行了摻鈷、摻鉻與摻鋰等改性研究.在進行試驗研究的基礎上,通過化學分析、X射線衍射、差熱-熱重分析、掃描電鏡與微電極循環(huán)伏安法、恒電流充放電等檢測手段,系統(tǒng)地考察了不同試驗條件對產(chǎn)物化學組成、物相結(jié)構(gòu)、形貌與電化學性能等粉末特性的影響規(guī)律.在機械化學法合成鋰錳氧化物過程中,研究了不同活化方式、球料比、活化時間、不同鋰鹽與熱處

2、理溫度對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、比表面積、形貌與電化學性能的影響.結(jié)果表明,比較合適的合成條件為:采用振動式球磨機,以Li<,2>CO<,3>-MnO<,2>為原料,球料比(質(zhì)量比)為40:1,活化時間為60min,活化后物料的熱處理制度為720℃下保溫10h.該條件下所得樣品具有比較理想的尖晶石結(jié)構(gòu),粒度分布均勻,平均粒徑為0.2μm,比表面積為4.3703m<'2>/g,其首次放電比容量為119.659mAh/g.以價廉易得的電解MnO<,2>和

3、LiOH·H<,2>O為原料,采用濕化學法合成了鋰錳氧化物的前驅(qū)體,該前驅(qū)體在720℃下保溫8h可獲得尖晶石結(jié)構(gòu).合成過程中通過加入鈷、鉻化合物或調(diào)節(jié)鋰鹽用量可獲得摻雜鋰錳氧化物,它們具有與LiMn<,2>O<,4>相同的尖晶石結(jié)構(gòu),且粒度分布均勻,隨摻雜量的增加,樣品的晶胞參數(shù)減小,晶胞體積收縮,晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定.對濕化學合成樣品的電化學性能測試表明,摻雜后樣品的首次放電比容量隨摻雜量的增加而減小,但其循環(huán)性能得以改善.綜合考慮比容量

4、與循環(huán)性能,摻鈷樣品中以Li<,1.02>Mn<,1.98>Co<,0.02>O<,4>性能較佳,首次放電比容量為118.860mAh/g,6次循環(huán)后為113.459mAh/g;摻鉻樣品中以LiMn<,1.92>Cr<,0.08>O<,4>性能較佳;摻鋰樣品中以經(jīng)兩段升溫法處理的Li<,1.02>Mn<,2>O<,4>樣品的電性能最理想,其首次與第10次循環(huán)后的比容量分別為122.478mAh/g和109.206mAh/g.三種摻雜樣品