錳酸鋰正極材料的制備及表面包覆改性研究.pdf

1、尖晶石錳酸鋰由于具有資源豐富、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點，因此被認(rèn)為是最有前途的下一代鋰離子電池正極材料之一。然而，在長時間充放電過程中，由于錳的溶解造成錳酸鋰正極材料出現(xiàn)容量衰減和循環(huán)性能下降的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了它在純電動汽車以及混合電動汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用。針對該問題，人們嘗試了各種方法來改善尖晶石錳酸鋰正極材料的電化學(xué)性能，包括：(a)表面包覆，能減少電極材料與電解液的直接接觸；(b)體相摻雜離子，可增強(qiáng)材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；(c)形貌控制，可縮

2、短鋰離子和電子的傳輸路徑。
　　本論文首先通過水熱反應(yīng)制備特殊形貌的Mn3O4作為前驅(qū)體，進(jìn)一步通過固相煅燒制備出具有截角八面體結(jié)構(gòu)的錳酸鋰正極材料，該材料具有作為較好倍率性能和循環(huán)性能。又對可商品化的錳酸鋰進(jìn)行表面包覆，通過改性工藝的研究，能有效地控制電極材料和電解液的直接接觸，減少錳的溶解，使得錳酸鋰材料具有良好的循環(huán)性能。
　　主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)以高錳酸鉀為錳源，聚乙二醇作為還原劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，水作為

3、溶劑，采用水熱法制備具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的Mn3O4前驅(qū)體，再通過固相煅燒制備得到具有截角八面體結(jié)構(gòu)的錳酸鋰正極材料。本文研究了聚乙二醇聚合度、反應(yīng)溫度、聚乙二醇添加量對Mn3O4形貌、結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，并對其生長過程及生長機(jī)制進(jìn)行了初步研究；再進(jìn)一步優(yōu)化固相煅燒的主要參數(shù)：鋰錳摩爾比值、煅燒溫度、煅燒氣氛，其中在研究煅燒氣氛對錳酸鋰的形貌、結(jié)構(gòu)及組成中發(fā)現(xiàn)：在氧氣氣氛下，錳酸鋰表面有較多 Mn4+生成，有利于減少錳的溶解，增強(qiáng)了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，該

4、材料具有較好的倍率性能和循環(huán)性能。在0.1 C、0.2 C、0.5 C、0.8 C、1.0 C倍率下，該樣品的放電容量分別為110 mAh?g-1、110mAh?g-1、105 mAh?g-1、102 mAh?g-1、99 mAh?g-1，在1.0 C倍率下循環(huán)500次后，容量保持率可達(dá)93.9％。
　　(2)通過調(diào)控硅酸鈉的水解，在可商品化的錳酸鋰材料表面包覆了均勻、致密的SiO2包覆層，該包覆層的存在可以有效減少電極材料與電解