尖晶石鋰錳氧的合成與摻雜改性研究.pdf

1、摘 要銼離子電 池是一種很有希望的綠色二次電 源。 從理離子電 池的正極材料、電 解質(zhì)、隔 膜到負極 材料被 廣泛的 研究 著。目 前， 商 業(yè)化的 銼離子電 池的正極 材料是L i C o 0 2 ，由 于 鉆的資 源 稀少而且對環(huán)境有毒害， 人們把更多的目 光投向了 性價比 更佳的 尖晶石L i M n 2 認。由 于錳的資源 豐 富 ， 價 格 低 廉 ， 對 環(huán) 境 友 好 ， 容 易 合 成 及 回 收 有 經(jīng) 驗 ， L i

2、 M n 2 0 4 倒了 廣 泛 的 碩 霖 催 是 ， 由于L i M n 2 認的循環(huán)性能不好， 特別是高 溫循環(huán)性能 不好， 嚴重限制了 它的應(yīng)用。造成L i M n 2 0 4 為正極材料的 鏗離子電 池循環(huán)性能不佳的原因主要是錳的溶解， J a h n - T e l l e r效應(yīng)及電 解液的分解等。 本論文主要研究的是正極材料的改性。對L i M n 2 0 ; 的改 性研究大多 從合 成方面 及改 變其化學組 成方面

3、來進行。 我們 采用了 球磨促進高 溫故 相反 應(yīng)的方 法合成L i M n 2 仇， 并采取摻雜 其它元素的 方 法對其進行改 性研究。通過對球磨過的原料進行熱分析及電 化學性能分析確定了原料合成的最佳條件。通過球磨促進高溫故相反應(yīng)合成L i M n 2 0 4 ，我們得到了 性能較傳統(tǒng)高 溫固相反應(yīng)合成的L i M n 2 0 ; 好的 產(chǎn)品。 5 5 0 ℃合成的 樣品顯 示了 較好的 綜合性能， 但是其高 溫循環(huán) 性能 很差。

4、4 0 0℃合成的樣品顯示了 很好的 循環(huán)性能， 而且高溫下亦如此 但是其比 容量很低。對L i M n 2 0 4 進行摻雜表明， 陽 離子的 摻雜 會造成比 容量的 下降， 而氟的 摻雜則對比 容量的影響不大。對L i M n 2 0 ; 進行鎂鋅的 摻雜 表明， 鎂鋅的 摻雜可以 提高L i M n 2 0 4 的 循環(huán)性能。 當 鎂的 取代量為0 . 0 2 ， 而鋅的取代量為0 . 0 5 時， 樣品具有最好的循環(huán)性能， 可以

5、 達到平均每周衰減0 . 0 0 5 7m A h / g ， 初始容 量可以 達到%m A h / g ， 理論上 可以 循環(huán) 上千周， 而且 其高 溫性能 很好。對L i M n 2 0 4 進行鎂鋅氟的 摻雜表明， 氟的 摻雜對 提高 樣品的 循 環(huán)性能 所起的 作用有限。對L i M n 2 0 4 進行鎂鉻的 摻雜 表明， 鎂鉻的 摻雜并沒有顯著的 提高樣品的 循環(huán)性能。對L i M n 2 0 ; 進行鎂鉻氟的 摻雜表明，當

6、鎂鉻的取代量分別為0 . 0 20 . 1 2 時 一 ， 樣品具有最好的循環(huán)性能，其在高溫下的 循環(huán)性能也很出 色、 0 . 0 2 : 而 氟 的 取 代 量 為關(guān) 鍵 詞 : ” 離 子 電 池 ; 正 極 材 料 ; 尖 晶 石 : 粉; 循 環(huán) } } F 7 Ga b i l i t y .W h e n L i M n 2 0 4 w a s d o p e d w i t h m a g n e s i u m

7、 a n d c h r o m i u m , i t d i d n ' t s h o w m u c h i m p r o v e d c y c l ea b i l i t y a s L i M n 2 0 4 .W h e n t h e a m o u n t o f M g w a s 0 . 0 2 , C r w a s 0 . 0 2 a n d F w a

8、 s 0 . 1 2 , L i M g o . o 2 C r o . o 2 M n , . 9 6 0 3 . 8 8 F o . , 2s h o w e d e x c e l l e n t c y c l e p e r f o r m a n c e b o t h u n d e r r o o m t e m p e r a t u r e a n d e l e v a t e d t e