尖晶石錳酸鋰正極材料的制備及其表面包覆改性研究.pdf

1、作為一種綠色環(huán)保的二次電源，鋰離子電池因?yàn)榫哂懈吣芰棵芏取⒏吖β拭芏?、高工作電壓、長(zhǎng)壽命、無(wú)記憶效應(yīng)以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展十分迅速，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于日常生活中，成為手機(jī)、相機(jī)和電腦等便攜式移動(dòng)電子設(shè)備的主要電源，并且其應(yīng)用領(lǐng)域仍然在不斷擴(kuò)展。一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池正極材料的選擇對(duì)電池的性能（如電化學(xué)性能、穩(wěn)定性能和安全性能等）和成本的影響是至關(guān)重要的，可以說(shuō)鋰離子電池的性能與成本主要就是受正極材料的性能制約。具有三維的離子擴(kuò)散通道的尖晶

2、石錳酸鋰(LiMn2O4)正極材料由于具有較高的工作電壓、較高的熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的安全性、較低的成本與環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，是目前鋰離子電池行業(yè)中極具潛力的正極材料之一。但LiMn2O4正極材料在電池循環(huán)過(guò)程中的比容量衰減較快，限制了其大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用與推廣。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用高溫固相法制備LiMn2O4正極材料，并研究了不同鋰含量對(duì)LiMn2O4正極材料性能的影響。研究表明，當(dāng)原料中鋰過(guò)量5％時(shí)，制備的LiMn

3、2O4正極材料具有最為優(yōu)異的電化學(xué)性能，其初始比容量為123.6mAh/g，循環(huán)100個(gè)周期后該材料的容量保持率為92.6％，3C和5C時(shí)的大電流放電性能也較好，放電比容量分別為102.8mAh/g和94.8mAh/g。⑵采用不同的氧化物NiO、ZnO和Al2O3對(duì)LiMn2O4正極材料進(jìn)行表面包覆改性處理，并討論氧化物表面包覆改性對(duì)LiMn2O4正極材料性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明，氧化物表面包覆改性后的LiMn2O4正極材料的循環(huán)性能與大電

4、流充放電性能均要優(yōu)于未改性的LiMn2O4正極材料，其中以ZnO改性的LiMn2O4正極材料的電化學(xué)性能最為優(yōu)異。其初始比容量為133.7mAh/g，循環(huán)100個(gè)周期后該材料的容量保持率為94.0％，3C和5C時(shí)的大電流放電性能也較好，放電比容量分別為114.4mAh/g和104.1mAh/g。⑶采用不同的碳納米材料CNT和HGO分別對(duì)LiMn2O4正極材料進(jìn)行表面包覆改性處理，同時(shí)討論碳納米材料表面包覆改性對(duì)LiMn2O4正極材料性能

5、的影響。實(shí)驗(yàn)表明，碳納米材料表面包覆改性后的LiMn2O4正極材料的首次充放電比容量、循環(huán)性能與大電流充放電性能均要優(yōu)于未改性的LiMn2O4正極材料，其中以HGO改性的LiMn2O4正極材料具有最高的初始比容量(139.9mAh/g)，CNT改性后的LiMn2O4正極材料具有最好的循環(huán)性能與大電流充放電性能，其初始比容量也相對(duì)較高，初始比容量為137.2mAh/g，循環(huán)100個(gè)周期后，其放電比容量由最初的137.2mAh/g衰減到12

6、9.2mAh/g，僅衰減了5.8％，3C和5C時(shí)的大電流放電性能也較好，比容量分別為115.0mAh/g和106.1mAh/g。以CNT為包覆材料，球磨改性的LiMn2O4正極材料具有比沒(méi)有球磨的改性材料更為優(yōu)異的電化學(xué)性能。球磨改性的LiMn2O4正極材料具有更高的初始比容量(139.9mAh/g)，更好的循環(huán)穩(wěn)定性(95.9％)以及更加優(yōu)異的大電流放電性能(3C和5C時(shí)的比容量分別為128.1mAh/g和124.2mAh/g)。Zn