提高鋰離子電池LiMn2O4正極材料高溫性能技術(shù)研究.pdf

1、隨著電子設(shè)備和電動車的快速發(fā)展,對鋰離子電池性能提出了更高的要求。而尖晶石型錳酸鋰因為其原材料豐富、放電平臺電壓高、可大電流充放電等優(yōu)點被視為最具商業(yè)化前景的鋰離子電池正極活性材料之一。但阻礙其大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展步伐的是 LiMn2O4在充放電循環(huán)過程比容量衰減快、循環(huán)穩(wěn)定性、尤其是高溫循環(huán)穩(wěn)定性差。本文通過概述LiMn2O4研究現(xiàn)狀,并總結(jié)歸納出了造成LiMn2O4容量衰減的主要原因;針對Jahn-Teller效應(yīng)和Mn3+的歧化分解導(dǎo)

2、致LiMn2O4性能降低的原因,分別以摻雜金屬陽離子和氧化物包覆的方法來改善 LiMn2O4的高溫循環(huán)性能。
　　采用高溫固相法分別制備了 LiMn2O4、LiMgyMn2-yO4(y=0.02、0.05、0.10、0.20)、LiAlyMn2-yO4(y=0.05、0.10、0.20、0.25)、Al2O3-LiAl0.2Mn1.8O4(0.3wt.％,0.5wt.%,1.0wt.%,2.0wt.%)、AlPO4-LiAl0.2

3、Mn1.8O4(0.5wt.%,1.0wt.%,2.0wt.%,3.0wt.%)樣品,分別研究摻雜和包覆對LiMn2O4的性能影響。并通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)分別對不同的樣品進行了表征,研究了其晶體結(jié)構(gòu)與微觀形貌。從物理表征中可以看出,微量的摻雜或包覆對錳酸鋰的晶體結(jié)構(gòu)影響不大,但摻雜和包覆可以引起樣品顆粒團聚。將不同樣品分別制成電極片,組裝成扣式半電池,在高溫(60℃)環(huán)境下測試其循環(huán)伏安曲線和恒流充放電曲線

4、。結(jié)果表明,適量摻雜后的樣品相對于未摻雜的 LiMn2O4可逆性得到了明顯提高,Mg摻量y=0.10和Al摻量y=0.20的初始比容量分別為84.3mAh/g、93.2 mAh/g,在100次循環(huán)后,比容量損失率分別為5.8%、3.4%。適量包覆后的樣品的可逆性相對于未包覆的LiAl0.2Mn1.8O4也得到了提高,Al2O3包覆量2.0wt.%和AlPO4包覆量1.0wt.%的初始比容量分別為81.4mAh/g、87.4mAh/g,在

5、100次循環(huán)后,比容量損失率分別為3.5%、6.5%。這主要是因為摻雜 Mg和 Al元素,固定了 LiMn2O4的尖晶石結(jié)構(gòu),提高了樣品的電子導(dǎo)電性,抑制了循環(huán)過程中的Jahn-Teller效應(yīng)。而包覆Al2O3和AlPO4可以阻隔電解液腐蝕活性物質(zhì),阻隔Mn3+離子的歧化溶解。從恒流充放電曲線中可以看出,摻雜Mg和Al元素明顯改善了錳酸鋰樣品的循環(huán)穩(wěn)定性,尤其在60℃的高溫環(huán)境下,100次循環(huán)后的比容量衰減明顯降低。包覆Al2O3和A