鋰離子電池用層狀錳酸鋰正極材料的制備及性能研究.pdf

1、相對(duì)于LiCoO2，層狀LiMnO2原料豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好、理論容量高，是一種有希望應(yīng)用于鋰離子電池的正極材料，目前已成為研究的熱點(diǎn)。由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，也由于Mn3+強(qiáng)烈的Jahn-Teller效應(yīng)，通常使層狀LiMnO2循環(huán)穩(wěn)定性變差而無法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，因此研究適宜的制備工藝，尋求提高LiMnO2循環(huán)穩(wěn)定性的方法成為許多科研人員的奮斗目標(biāo)。 本文使用固相法合成出晶體結(jié)構(gòu)較為均一的斜方相層狀LiMnO2材料。

2、SEM顯示該材料片層厚度達(dá)150nm左右，片層尺寸大約為5~10μm，顆粒粒徑較為均勻。經(jīng)恒電流充放電測試，固相法合成的LiMnO2初始放電比容量達(dá)到126.6mAh/g，在4.5~2.5V之間有兩個(gè)明顯的放電平臺(tái)，表明材料向類尖晶石型轉(zhuǎn)變，80次循環(huán)后容量衰減到82.0mAh/g，衰減35.2﹪。為了解決固相合成法獲得的層狀LiMnO2電化學(xué)穩(wěn)定性差的問題。本文采用了溶 膠凝膠和水熱合成兩種軟化學(xué)方法對(duì)材料進(jìn)行合成和體相摻雜改

3、性。溶膠凝膠法所得LiMnO2材料的XRD結(jié)果顯示，該材料為斜方晶系，Pmnm空間群，有極少量Mn2O3雜質(zhì)；SEM結(jié)果顯示其片層尺寸大約在1~2μm，厚度大約為50~100nm。該材料最高放電比容量達(dá)到170.7mAh/g，80次循環(huán)后衰減到100.8mAh/g，衰減達(dá)40.9﹪。使用溶膠凝膠法對(duì)層狀LiMnO2進(jìn)行2﹪Al3+的摻雜改性，初始放電容量可達(dá)165mAh/g，80次循環(huán)后衰減約20﹪。 通過水熱合成72h制備了具

4、有斜方相結(jié)構(gòu)的層狀LiMnO2，SEM結(jié)果顯示其粒子尺寸約為1~2μm，初始放電比容量為154mAh/g，首次循環(huán)即發(fā)生了尖晶石相轉(zhuǎn)變，80次循環(huán)衰減到96.4mAh/g，衰減37.4﹪。摻雜4﹪和6﹪Ni2+的層狀LiMnO2在容量和循環(huán)穩(wěn)定性方面有不同程度的提升，80次循環(huán)后，容量衰減比率分別降低到34.2﹪和30.7﹪。 還采用交流阻抗譜研究了上述層狀LiMnO2的動(dòng)力學(xué)特征。研究發(fā)現(xiàn)層狀LiMnO2在初始充放電循環(huán)后阻抗