尖晶石型LiNi-,x-Mn-,2-x-O-,4-的合成與性能研究.pdf

1、能源和環(huán)境是人類社會可持續(xù)發(fā)展的兩大戰(zhàn)略問題，其中能源與人類社會的生存和發(fā)展密切相關(guān)。人類社會要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，必須發(fā)展新材料和新能源技術(shù)，保護(hù)自然環(huán)境和自然資源；另外，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致各種電子產(chǎn)品不斷向小型化、輕量化和高性能化方向快速發(fā)展加之人們對環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)，迫切需要開發(fā)出對環(huán)境友好、性能更優(yōu)的綠色環(huán)保電源，而鋰離子電池作為二十一世紀(jì)的理想能源引起全世界的重視，它具有工作電壓高、比能量高、循環(huán)壽命長、安

2、全性能好以及使用溫度范圍寬等特點(diǎn)。在鋰離子電池眾多的正極材料中，尖晶石型LiMn2O4化合物，由于其原材料資源豐富，價(jià)格低，環(huán)境污染小，合成工藝簡單，成為最有希望取代LiCoO2的材料，但LiMn2O4存在容量衰減大，循環(huán)壽命短等問題，阻礙了其商品化應(yīng)用；容量衰減的原因主要有在放電過程中伴隨著Li+離子嵌入發(fā)生的Jahn-Teller效應(yīng)，正極材料中的錳的溶解和電解液的分解。 本文對小批量制備尖晶石型LiNixMn2-xO4材料

3、的合成工藝條件進(jìn)行了研究，主要包括燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間、預(yù)處理溫度和原材料配比4個(gè)方面，從而對LiNixMn2-xO4材料的生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行優(yōu)化，為LiNixMn2-xO4材料的工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。以Li2CO3、電解MnO2和Ni(OH)2為原料，在750℃燒結(jié)溫度下采用分步高溫固相法制備的LiNixMn2-xO4(x=0，0.05,0.1，0.2，0.3)材料，通過XRD測試結(jié)果表明所制備的材料都呈尖晶石結(jié)構(gòu)，摻雜的Ni替代八面體

4、16d的位置上的Mn，使材料晶胞參數(shù)減小，同時(shí)提高了Mn的平均價(jià)態(tài)，有效地抑制了Jahn-Teller效應(yīng)，增強(qiáng)了晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；材料的電化學(xué)性能測試在實(shí)驗(yàn)電池中完成，制備的LiNi0.1Mn1.9O4材料比容量達(dá)到98mAh·g-1左右，經(jīng)過100次循環(huán)，電池的容量仍保持在92﹪以上，電池的內(nèi)阻增加值僅為4.8mΩ，材料的月自放電率在6﹪以下，Ni離子的摻雜提高了材料的循環(huán)性能，增加了尖晶石LiNi0.1Mn1.9O4材料的電化學(xué)反