LiMn2O4-C復合正極材料的制備與改性研究.pdf

1、尖晶石LiMn2O4正極材料,因具有原料來源豐富、價格低廉、無毒性、對環(huán)境友好、放電比容量大、能量密度高、工作電壓高等優(yōu)點,被公認為是具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池正極材料之一,因而成為鋰離子電池正極材料研究的熱點。但是在充放電循環(huán)過程中,尖晶石型LiMn2O4正極材料存在Jahn-Teller效應;Mn3+的溶解;電解液的分解等問題,造成了LiMn2O4正極材料的放電比容量的嚴重衰減和循環(huán)性能的惡化。為解決以上問題,本文從表面包覆以及摻

2、雜改性兩方面對尖晶石LiMn2O4的電化學性能進行了優(yōu)化,并結(jié)合XRD、SEM及電化學測試等分析測試手段對制備的材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學性能進行了研究。
　　(1)以Li2CO3、電解MnO2為原料,采用高溫固相法合成了純相尖晶石LiMn2O4正極材料。測試結(jié)果表明:樣品為單一尖晶石結(jié)構(gòu),呈現(xiàn)出良好的尖晶石形貌。首次放電比容量較高,達到123.4mAh/g,但是20次循環(huán)后,保持率僅為77％,比容量衰減較快。
　　(2)為

3、優(yōu)化尖晶石LiMn2O4的倍率性能和循環(huán)性能,分別以碳納米管和高溫裂解碳為碳源,以制備的純相尖晶石LiMn2O4為母體,采用超聲液相分散結(jié)合固相燒結(jié)的方法制備了LiMn2O4/C復合正極材料。探索了燒結(jié)制度以及碳包覆量對制備材料的影響。結(jié)果表明:以碳納米管為碳源合成的LiMn2O4/CNTs復合正極材料中,碳包覆量為5％的樣品較之其他包覆量樣品呈現(xiàn)出最佳電化學性能。0.5C倍率首次放電比容量為120.1mAh/g,經(jīng)20次循環(huán)后,保持率

4、高達96％。在2C倍率下,也依然保持較好的循環(huán)穩(wěn)定性。此外,在高溫測試下包覆量為5％的樣品也呈現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。以高溫裂解碳為碳源合成的LiMn2O4/C復合正極材料同樣表現(xiàn)出較好的倍率放電性能,最佳包覆量為3％。
　　(3)采用溶膠凝膠法制備了LiBxMn2-xO4(x=0,0.01,0.02,0.05)正極材料。研究了燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間以及B摻雜量對材料結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學性能的影響。結(jié)果表明:B摻雜量為1％的樣品經(jīng)過不同