单斜层状结构锂离子电池正极材料LiY_xMn_(1-x)O_2的合成及其电化学性能

摘要

以Na_2CO_3、(CH_3CO_2)2Mn·4H_2O、Y_2O_3和CH_3COOLi·2H_2O为原料,采用高温固相法经过2次灼烧和水热离子交换法得到一系列钇掺杂的LiMn_(1-x)Y_xO_2(x:0.01,0.02,0.03,0.05)化合物.通过XRD、XPS、循环伏安及恒电流充放电测试技术,研究了钇掺杂离子对合成正极材料结构及电化学性能的影响.结果表明,所得产物均具有单斜层状结构.合适的钇掺杂可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定骨架结构的作用,钇离子的引入部分取代原有的三价锰离子,由于钇离子的离子半径较三价锰离子大,因此稀土掺杂锰酸锂材料的晶胞参数比未掺杂材料大,在一定程度上扩充了锂离子迁移的三维通道,更有利于锂离子的嵌入与脱嵌,提高单斜层状LiMnO_2材料的电化学循环可逆性及循环稳定性.通过对所得化合物进行了钇掺杂量及电化学性能的研究,得到性能比较优良的LiY_(0.021)Mn_(0.979)O_2化合物,其首次放电比容量为125.7 mA·h/g,100次循环以后,放电比容量达212.1 mA·h/g,远高于未掺杂材料的放电容量138 mA·h/g.交流阻抗测试结果表明,Y~(3+)的掺入能降低材料的电化学反应阻抗和提高材料中Li~+的扩散能力.