鋰離子電池正極材料LiMnO2的制備及改性研究.pdf

1、層狀LiMnO2的理論容量高(285mAh·g-1),被認(rèn)為是電動汽車動力型電池備選的正極材料之一。因此,從比容量的角度考慮,系統(tǒng)研究層狀正交LiMnO2正極材料的結(jié)構(gòu)與性能,具有很好的應(yīng)用意義。
　　 本文以實(shí)驗(yàn)室自制的三氧化二錳(Mn2O3)、氫氧化鋰(LiOH·H2O)為原料,采用水熱法制備層狀LiMnO2材料,研究不同LiOH濃度對產(chǎn)物L(fēng)iMnO2粒徑分布的影響,結(jié)果表明:通過調(diào)節(jié)LiOH濃度,可以控制LiMnO2粒徑,

2、在最佳LiOH濃度下合成的樣品平均粒徑約為7.424μm,且粒徑分布均勻;實(shí)驗(yàn)考察了不同煅燒溫度對樣品的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響,得出最佳煅燒溫度為700℃。用XRD表征LiMnO2結(jié)構(gòu),表明水熱法制備的樣品具有很好的正交晶系結(jié)構(gòu),煅燒后的樣品,會出現(xiàn)少量雜質(zhì)峰。充放電測試結(jié)果表明:煅燒處理可以明顯提高產(chǎn)物L(fēng)iMnO2的循環(huán)性能。實(shí)驗(yàn)采用循環(huán)伏安法研究層狀LiMnO2在充放電循環(huán)中的物相變化,表明樣品在充放電過程中會由正交結(jié)構(gòu)變成尖晶石結(jié)

3、構(gòu),產(chǎn)生Jahn-Teller效應(yīng)。
　　 針對LiMnO2材料在充放電循環(huán)產(chǎn)生Jalan-Teller效應(yīng)使電池容量衰減的問題,選取V5+、Ti4+和Zn2+,對層狀LiMnO2材料進(jìn)行摻雜改性研究。通過XRD、SEM、充放電測試、循環(huán)伏安法和交流阻抗法測試材料的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能。結(jié)果表明:少量金屬離子摻雜不改變LiMnO2材料的晶體結(jié)構(gòu)。相比于未摻雜的樣品,摻雜V5+能夠改善材料的循環(huán)性能,提高Li+的擴(kuò)散系數(shù);摻雜Ti4+

4、不僅能夠提高材料的放電比容量(LiMnO2和LiMn0.98Ti0.02O2的最大放電比容量分別是151.35mAh·g-1,184.52 mAh·g-1),而且能夠增加材料的容量保持率(20次充放電循環(huán)后,LiMnO2和LiMn0.98Ti0.02O2的容量保持率分別是81.42％,93.7％);摻雜Zn2+對材料的電化學(xué)性能有一定的改善。在三種金屬離子各最佳摻雜量下,對樣品進(jìn)行充放電測試,結(jié)果表明摻雜Ti4+效果最好。
　　

5、 對摻雜2％Ti4+的樣品LiMn0.98Ti0.0202表面進(jìn)行MgO包覆處理,以減少正極材料與電解液的接觸,降低Mn的溶解,并對包覆后的材料進(jìn)行循環(huán)性能測試。結(jié)果表明:與未包覆的樣品相比,包覆后的材料的放電容量有所下降,但是卻能夠減緩容量衰減速率,尤其在后期循環(huán)中,效果更加明顯。
　　 在LiMnO2粉末的表面包覆Cu粉,以降低電池的極化作用,減少錳的溶解。結(jié)果表明:包覆Cu粉能夠穩(wěn)定正極材料的結(jié)構(gòu),提高LiMnO2電極的可