溶膠-凝膠法制備LiMn2O4粉體及其電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池具有放電比容量大、工作電壓高、循環(huán)性能好和使用壽命長等優(yōu)點，廣泛應用于筆記本電腦、手機等數(shù)碼產品，并且越來越多地作為高功率型電源應用于各個領域。正極材料是影響鋰離子電池電化學性能的一個重要環(huán)節(jié)，開發(fā)電化學性能優(yōu)越的正極材料成為目前研究的重點。尖晶石型 LiMn2O4與其它正極材料相比具有比容量高、原料資源豐富、價格低廉、對環(huán)境友好和安全性高等優(yōu)點，是理想的鋰離子電池正極材料。但 LiMn2O4在充放電過程中會發(fā)生Jahn-Te

2、ller效應，導致晶格畸變，影響其循環(huán)性能。同時 Mn的溶解和電解液的分解也會使其電化學性能受到影響。在尖晶石結構中摻入少量金屬陽離子可有效改善其循環(huán)性能。本文采用溶膠-凝膠(sol-gel)法，以硝酸鋰、硝酸錳和硝酸鈷為鋰、錳、鈷源，聚丙烯酸(PAA)和檸檬酸為絡合劑，結合熱處理工藝制備 LiMn2O4粉體和LiCoxMn2-xO4粉體。考察 Li/Mn比、煅燒溫度、煅燒時間及摻 Co量對尖晶石LiMn2O4粉體形貌、結構和電化學性能

3、的影響。研究LiMn2O4粉體的循環(huán)伏安性能，及不同充放電倍率下LiMn2O4粉體和LiCo0.12Mn1.88O4粉體的循環(huán)性能。
　　本研究主要內容包括：⑴以檸檬酸為絡合劑，在一定溫度下合成了性能穩(wěn)定且組分均勻的溶膠和凝膠。凝膠經熱處理在430℃左右基本分解完全，逐漸形成尖晶石型 LiMn2O4晶體。700℃煅燒10 h得到的LiMn2O4粉體，在充放電倍率為0.1 C，截止電壓為3.3~4.5 V條件下，首次放電比容量達到1

4、26 mAh/g，經50次循環(huán)后，比容量為98 mAh/g，容量保持率為77.8％。⑵以PAA為絡合劑，Li/Mn比為1.06:2， PAA與金屬離子比為0.4:1，700℃煅燒10 h的得到的LiMn2O4粉體，尖晶石結構穩(wěn)定，晶型完整，粉體顆粒呈球形且分布均勻，無明顯團聚現(xiàn)象。相同條件下，首次放電比容量達到126 mAh/g，經50次循環(huán)后，比容量為110 mAh/g，容量保持率可達到87.3%。⑶以PAA為絡合劑，合成了性能和成分

5、穩(wěn)定的前驅體，前驅體在450℃基本分解完全，開始形成尖晶石LiCoxMn2-xO4晶體。相同條件下，700℃煅燒10 h得到的LiCo0.12Mn1.88O4粉體首次放電比容量為117mAh/g，經100次循環(huán)后，比容量為109 mAh/g，容量保持率高達93.2%，表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。⑷循環(huán)伏安結果表明，以PAA為絡合劑700℃煅燒10 h制備的LiMn2O4粉體，其循環(huán)伏安曲線峰型穩(wěn)定，發(fā)生氧化還原反應所需的電勢差較低，具備較高的