尖晶石锰酸锂正极材料的合成及其电化学特性研究

摘要

近年来，锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4 受到人们的普遍关注。尖晶石LiMn2O4 工作电压高、能量密度高、安全性好、原材料来源丰富、价格低廉、无毒性、环境友好，是下一代锂离子电池正极材料的有力候选者之一。然而，尖晶石LiMn2O4在循环过程中容量的迅速衰减严重制约了其广泛应用。目前的研究主要通过合成方法的优化、表面处理及元素掺杂等方法来改善尖晶石LiMn2O4的循环性能，取得了一定进展。
　　 本文首先用水热法在不同反应温度下保温12h合成了纳米MnO2前驱体，然后将其与Li2CO3混合，用固相法合成了尖晶石LiMn2O4，系统地研究了合成过程中MnO2 前驱体、烧结温度及烧结时间对尖晶石LiMn2O4产物电化学性能的影响。在优化工艺条件的基础上，采用FePO4表面包覆对尖晶石LiMn2O4 材料进行了改性。实验中通过TG/DTA 技术分析材料的热稳定性，使用XRD、SEM、HRTEM、EDAX对材料的结构、形貌及组成元素进行表征，利用电池测试系统、循环伏安技术、交流阻抗技术研究活性材料的电化学特性。研究表明：采用水热法能够合成不同晶型且颗粒尺寸、微观形貌存在一定差异的MnO2，当反应温度为120℃，保温12 h 时，所得β-MnO2 具有由细长的棒状单体组成的球形形貌，以其为前驱体通过固相烧结得到的LiMn2O4结晶性好，颗粒尺寸小，并且保持了球形形貌，电化学性能最好；在固相法合成尖晶石LiMn2O4材料的过程中，烧结温度和烧结时间也是影响最终产物电化学性能的重要因素，当烧结温度为750 ℃，烧结时间为20 h 时所得LiMn2O4材料的电化学性能最佳。采用FePO4 对尖晶石LiMn2O4 进行表面包覆有效的提高了材料的循环性能。其中，包覆1wt.％ FePO4的LiMn2O4电化学性能最好，在1C下首次放电比容量达117.2mAh/g,100个循环后放电比容量还保持有98.4mAh/g，容量保持率达84.0％。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

2 实验

3 固相法合成尖晶石LiMn2 O4 的工艺研究

4 LiMn2 O4 正极材料的表面包覆改性研究

5 结论与展望

致 谢

参考文献

附 录