鋰電池正極材料Li-,3-MnO-,4-的優(yōu)化制備工藝與改性研究.pdf

1、鋰離子電池由于其電壓高、能量密度大、可逆性好等優(yōu)勢(shì)在電子器件、電動(dòng)車、軍事和航天等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。人們一致認(rèn)為電池中的正極活性材料是控制鋰離子電池性能的關(guān)鍵。常見的正極材料LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4各有各的優(yōu)勢(shì)同時(shí)又存在一些不盡人意的缺點(diǎn)。新型鋰電池正極材料Li3MnO4由于具有非?？捎^的理論容量而被認(rèn)為是極具潛力的正極材料。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其優(yōu)化制備工藝和改性的研究尚屬空白。
　　 本

2、文選擇Li3MnO4正極材料體系作為研究對(duì)象，采用離子交換技術(shù)首先合成了制備+5價(jià)Li3MnO4的原料——+7價(jià)的LiMnO4·3H2O，并采用低溫固相燒結(jié)技術(shù)成功合成了目標(biāo)產(chǎn)物L(fēng)i3MnO4正極材料。同時(shí)結(jié)合TG/DSC、XRD、FESEM、電化學(xué)性能測(cè)試等多種測(cè)試手段研究了制備Li3MnO4的優(yōu)化工藝參數(shù)?？疾炝酥苽溥^程中鋰鹽原料種類、間歇性碾磨、退火溫度、退火時(shí)間等對(duì)Li3MnO4正極材料結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

3、明：采用LiOH·H2O作為鋰鹽原料與LiMnO4·3H2O按2:1的化學(xué)計(jì)量比混合退火，在70℃～125℃之間采用間歇性碾磨，在170℃下保溫2.5h，得到的正極材料具有最佳的綜合性能，其初始容量為116.3mAh/g。
　　 另外，在以上優(yōu)化工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)Li3MnO4存在導(dǎo)電性不佳導(dǎo)致活性材料利用率低以及結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定影響循環(huán)性能等問題采取了一系列的改性措施，以改善其結(jié)構(gòu)和電性能。研究表明：采用濕法預(yù)混合原料和導(dǎo)電劑的

4、改性工藝，有助于導(dǎo)電劑更好的分散于正極材料中，同時(shí)促進(jìn)了反應(yīng)物的充分混合，使得材料電性能達(dá)到了138.8 mAh/g。該條件下的正極涂敷厚度也對(duì)材料電性能發(fā)揮有明顯影響，當(dāng)涂覆厚度為2.7mg/cm2時(shí)，正極材料容量達(dá)到了198.9mAh/g。同時(shí)摻雜PO43-對(duì)穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)和改善循環(huán)性能有明顯的作用。另外，針對(duì)導(dǎo)電性不佳的問題探討了石墨、乙炔黑、碳納米管復(fù)合導(dǎo)電劑的使用對(duì)Li3MnO4正極材料顆粒間形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而改善其導(dǎo)電性