鋰離子電池正極材料LiMn2O4的制備及其表面改性研究.pdf

1、隨著便攜式電子設(shè)備、電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)的快速發(fā)展以及能源與環(huán)境問題的日益突出，人們對化學電源提出了更高的要求。鋰離子電池以其比能量大、工作電壓高、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，而尖晶石型LiMn2O4作為正極材料具有資源豐富、價格低廉、環(huán)境污染小、安全性能好等優(yōu)點，被公認為最具應(yīng)用前景的鋰離子電池正極材料之一。然而，尖晶石型LiMn2O4容量衰減

2、較快，特別是高溫下容量保持性不佳，這大大影響了其電化學性能，限制了它的實際應(yīng)用。
　　 本文采用溶膠-凝膠法成功制備了尖晶石LiMn2O4正極材料，并采用FePO4對其進行了表面包覆改性。同時，采用X射線衍射（XRD）、激光拉曼光譜（laser Raman spectroscopy）、掃描電子顯微鏡（SEM）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、恒電流充放電、循環(huán)伏安（CV）、交流阻抗（EIS）等檢測手段，并結(jié)合多種電化學分析方

3、法，對材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及電池的電化學性能進行了分析研究。
　　 首先，采用溶膠-凝膠法確定了樣品合成的最優(yōu)化條件：350℃預(yù)燒6h，PH=7,800℃退火12h。在上述方法和條件下合成了尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4材料。XRD和Raman分析表明，該條件下制備的LiMn2O4材料的衍射峰與卡片庫吻合的非常好。通過SEM和HRTEM可以看出尖晶石LiMn2O4表面光滑且結(jié)晶條紋清晰均勻。鑒于尖晶石LiMn2O4具有三維離子通道，結(jié)

4、晶良好將有利于充放電過程中鋰離子的擴散。
　　 其次，采用FePO4對尖晶石LiMn2O4進行了表面包覆，包覆后材料的XRD分析顯示，隨著FePO4包覆量的增加，(111)衍射峰向低衍射角方向移動且衍射峰明顯寬化，這表明FePO4包覆后LiMn2O4材料的晶格參數(shù)變大，并伴隨著半高寬的增大。HRTEM結(jié)果顯示，尖晶石LiMn2O4經(jīng)FePO4包覆后，在表面明顯形成了比較均勻的包覆層。
　　 最后，對FePO4包覆前后的尖

5、晶石LiMn2O4材料進行了室溫和55℃下的電化學測試。測試結(jié)果表明，F(xiàn)ePO4表面包覆能顯著改善LiMn2O4在室溫和55℃下的電化學性能。其中,3 wt.％ FePO4包覆的LiMn2O4顯示出最優(yōu)的電化學特性：循環(huán)80周后，室溫下的比容量僅衰減32％，而55℃下也僅衰減34％；未包覆的LiMn2O4在循環(huán)80周后室溫和55℃下的比容量損失分別達到55％和 72％。另外，我們對未包覆的和3 wt.％ FePO4包覆的LiMn2O4材