尖晶石錳酸鋰的合成及摻雜改性研究.pdf

1、鋰離子蓄電池具有比能量高、自放電率低、工作電壓高、對環(huán)境友好及無記憶效應等優(yōu)點，具有十分廣闊的應用前景。正極材料的研究是鋰離子二次電池的核心技術之一。尖晶石型LiMn2O4正極材料由于其資源豐富，價格便宜，對環(huán)境友好，合成工藝簡單，安全性好，被公認為是新一代鋰離子電池最有希望的正極材料之一，但是該材料目前還存在初始容量較低、容量衰減快等問題。本文概述了鋰離子電池正極材料的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，對尖晶石型LiMn2O4正極材料的衰減機理做了詳細

2、說明，總結了現(xiàn)有的幾種改進方法，還對該材料的各種制備方法做了簡單介紹。 本文首先研究了檸檬酸與金屬離子物質的量的比、乙二醇與檸檬酸物質的量的比、pH值和焙燒條件等因素對溶膠-凝膠合成尖晶石錳酸鋰正極材料結構和性能的影響，得到如下結論：在我們的實驗條件下，保持檸檬酸與金屬離子物質的量的比為0.5：1，乙二醇與檸檬酸物質的量的比為3：1，pH值在7～8之間，焙燒時分三段(500℃焙燒6小時→650℃焙燒12小時→750℃12小時)進

3、行即能得到純相的，性能較好的尖晶石錳酸鋰。然后在傳統(tǒng)固相合成法的基礎上，研究了分散劑和機械球磨對材料性能的改善作用，首次提出用蒸餾水代替無水乙醇作為分散劑對原料進行濕法球磨，并通過實驗證實蒸餾水能起到無水乙醇同樣的效果。最后比較了兩種合成方法的優(yōu)缺點，認為溶膠-凝膠法成本高，對環(huán)境影響大，在現(xiàn)階段要想實現(xiàn)產業(yè)化還很困難，而優(yōu)化后的固相法在一定程度上避免了傳統(tǒng)固相法存在的問題，比較有發(fā)展前途。 對尖晶石錳酸鋰進行體相摻雜也是本文的

4、研究重點之一。通過Cr3+、Al3+、Co3+、Ni2+、F-及陰陽離子復合摻雜制備了摻雜改性尖晶石LiMn2O4，通過XRD、SEM-EDS、TG-DTA、ICP等手段對材料的性能進行了表征，并用所制備的材料制作成電池，進一步研究了材料的電化學性能。研究認為Cr3+、Al3+、Co3+、Ni2+四種陽離子摻雜都能改善尖晶石錳酸鋰正極材料的循環(huán)性能，但摻雜后材料的容量有所降低。鉻的摻雜量在0.05～0.08之間最好，鋁的摻雜量僅為0.0

5、2時，材料的循環(huán)性能就得到明顯改善，但是鋁摻雜后材料的比容量下降速度比摻雜鉻要快，所以Al摻雜的量應當少于0.06，在0.02～0.04間最佳。Al摻雜對合成條件要求很高，用溶膠-凝膠法制備時，必須嚴格控制每一個反應條件，才能保證摻雜后產物仍是純相的尖晶石LiMn2O4。摻入F-后有利于尖晶石相的生成，使材料的結晶性能變得更好，還能提高材料的比容量。但是，在我們的實驗中，F(xiàn)-在焙燒過程中容易損失，實際摻入的量很難控制，并且在提高比容量的