鋰離子電池正極材料LiMn2O4的鈣鈦礦型氧化物表面包覆改性研究.pdf

1、當(dāng)今，環(huán)境和能源問題日益嚴(yán)重，鋰離子電池作為綠色新型能源得以迅速發(fā)展。在諸多鋰離子電池正極材料中，尖晶石型LiMn2O4因具有原料來源豐富、高工作電壓、高安全性、無毒等一系列的優(yōu)勢成為一種非常有潛力的材料。然而其循環(huán)性能和倍率性能還不是很理想，限制了其在實(shí)際中的進(jìn)一步應(yīng)用，尤其是在電動汽車以及混合電動汽車中的應(yīng)用。
　　本文采用高溫固相反應(yīng)法合成了尖晶石型LiMn2O4材料，并考察了煅燒溫度和時(shí)間的影響。結(jié)果表明，在830℃、煅燒

2、12h合成的LiMn2O4具有較好的結(jié)晶度；在0.05C倍率下的首次放電比容量達(dá)到126mAh·g-1，首次庫倫效率約為82.4％；在0.1C倍率下的首次放電比容量可以達(dá)到120mAh·g-1，循環(huán)100次后，容量保持率約為70.5%。倍率性能測試結(jié)果表明：樣品在20C循環(huán)后再在1C條件下的放電比容量為111mAh·g-1，容量恢復(fù)率約為97.4%，具有出色的可逆性。
　　本文采用溶膠-凝膠法制備了La0.7Sr0.3Mn0.7C

3、o0.3O3包覆的LiMn2O4正極材料。當(dāng)包覆量為3wt.%時(shí)，樣品的電化學(xué)性能最好，其在1C/10C的充放電條件下循環(huán)100次后，放電容量仍有101mAh·g-1，相應(yīng)的容量保持率約為93.5%；且其大倍率性能也得到明顯改善，在30C下的放電比容量約為74.3mAh·g-1，遠(yuǎn)高于未包覆樣品的47.2mAh·g-1。XRD和XPS的表征結(jié)果確認(rèn)了包覆物L(fēng)a0.7Sr0.3Mn0.7Co0.3O3的存在，但其沒有影響LiMn2O4正極

4、材料的晶體結(jié)構(gòu)。充放電循環(huán)前后的TEM表征結(jié)果表明，包覆層La0.7Sr0.3Mn0.7Co0.3O3材料在循環(huán)過程中晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以有效地保護(hù)LiMn2O4免受電解液的侵蝕。交流阻抗和循環(huán)伏安測量結(jié)果表明，包覆層La0.7Sr0.3Mn0.7Co0.3O3有助于改善LiMn2O4電極反應(yīng)動力學(xué)。
　　本文還制備了LaMnO3、La0.7Sr0.3MnO3和LaMn0.7Co0.3O3包覆的LiMn2O4正極材料。在0.5C/0

5、.5C充放電條件下，未包覆的LiMn2O4和LaMnO3包覆的LiMn2O4的首次放電比容量依次為106mAh·g-1和114mAh·g-1，首次庫侖效率依次為89.1%和95.0%。在10C/10C充放電條件下，未包覆的LiMn2O4、LaMnO3包覆的LiMn2O4、La0.7Sr0.3MnO3包覆的LiMn2O4和LaMn0.7Co0.3O3包覆的LiMn2O4的放電比容量依次為53.6mAh·g-1、90.6mAh·g-1、93