新型鋰離子可充電電池正極材料LiM（M=Ag（or）Re）Mn-,2-O-,4-的制備和性能研究.pdf

1、隨著電子通訊事業(yè)的迅猛發(fā)展，電子信息時(shí)代對(duì)移動(dòng)電源的需求正日益快速增長(zhǎng)。由于鋰離子電池具有高電壓、高容量等重要優(yōu)點(diǎn)，且循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好，使其在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車、醫(yī)療器械、空間技術(shù)、國(guó)防軍事工業(yè)等許多方面具有廣闊的應(yīng)用前景，成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外電池界近幾年最廣為關(guān)注的研究焦點(diǎn)[1-3]。 本文采用檸檬酸-溶膠-凝膠法合成鋰離子二次電池正極材料：尖晶石型鋰錳氧化物(LiMn2O4)、摻雜化合物L(fēng)iMn2-xMxO4(M=Ag

2、，Nd，Ce)，并利用TGA，XRD，SEM和電化學(xué)(恒電流充放電、循環(huán)伏安)等分析手段研究其熱力學(xué)性質(zhì)、充放電性能、循環(huán)性能及其機(jī)理。結(jié)果表明溶膠-凝膠法合成的摻雜化合物晶粒尺寸細(xì)小，晶體顆粒均勻，材料在常溫下的充放電性能優(yōu)良，充放電效率得到了大的改善。 對(duì)電極材料LiAgxMn2-xO4進(jìn)行恒電流充放電指出：采用溶膠-凝膠法得到了具有良好初始充放電容量的微米級(jí)LiAgxMn2-xO4(0.00＜x＜0.10)可充電鋰離子電池

3、正極材料，Ag=0.01時(shí)產(chǎn)物L(fēng)iAg0.01Mn1.99O4初始充放電比容量為133mA·h/g和132mA·h/g,充放電效率為96％；當(dāng)Ag=0.02M時(shí)，產(chǎn)物L(fēng)iAg0.02Mn1.98O4充放電容量為115mA·h/g，充放電效率為100％。 對(duì)Li/LiAg0.02Mn1.98O4電池正極材料進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)伏安掃描，結(jié)果指出：該電池有兩對(duì)對(duì)稱性良好的氧化-還原峰，分別為4.2256V/4.0321V和4.0844V/

4、3.8883V，且第一對(duì)氧化-還原峰電位差較小，表明該材料的循環(huán)穩(wěn)定性可能較好。 對(duì)LiMxMn2-xO4(M=Ag，Nd，Ce)可充電正極材料進(jìn)行XRD、SEM、TEM、AFM、EDS等表征得出電極材料具有完整的尖晶石結(jié)構(gòu)，TEM分析產(chǎn)物L(fēng)iMxMn2-xO4(M=Ag)具有規(guī)則的六方粒狀，晶粒發(fā)育良好，顆粒小、粒徑分布窄、均一性良好，樣品平均顆粒大小約為1-2μm左右。XRD、EDS分析所用的合成路線能夠成功的將元素Ag，N

5、d，Ce摻入LiMn2-xMxO4的晶格中。XRD結(jié)果表明LiAg0.02Mn1.98O4的晶胞參數(shù)a=0.82460nm.FT-IR圖譜表明樣品LiAgxMn2-xO4(x=0.01-0.1)的系列IR圖譜在667.37cm-1處總是有一個(gè)強(qiáng)的振動(dòng)峰存在，該峰即為Ag-O的非對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，且非常有趣的是，該振動(dòng)峰的位置不會(huì)隨著銀的摻雜量的改變而發(fā)生變化。 此外，通過(guò)對(duì)LiMn2-xMxO4(M=Nd，Ce)正極材料的XRD、

6、SEM等表征分析可以預(yù)期該材料在電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性能上應(yīng)該有所改善，因?yàn)樗闹频玫牟牧贤瑯泳哂蓄w粒細(xì)小、完整的尖晶石結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。 總之，雖然人們對(duì)鋰離子電池正極材料的研究已經(jīng)取得了很多可喜的成績(jī)，但直到目前為止，仍然還沒(méi)有一個(gè)滿意的、可以完全工業(yè)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)滿足現(xiàn)代信息社會(huì)的需要。所以，在眾多的鋰離子電池正極材料中，我們選取了目前最具研究?jī)r(jià)值和最有發(fā)展前景的尖晶石型錳酸鋰作為我們的研究對(duì)像。由于純相的尖晶石型錳酸鋰正極材料在充放