锂离子电池正极材料LiMn2O4的包覆改性研究

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1、摘要锂离子电池正极材料LiMn204的包覆改性研究专业：物理化学申请人：梁英导师：李伟善教授本文用溶胶凝胶法合成出锂离子电池正极材料LiMn20a，用二种方法进行包覆改性。一是ZnO包覆，制得ZnO／LiMn204材料；二是在含2％的三．(五氟苯基)膦(TPflPP)的1MLiPF6／EC：EMC：DMC=I：I：I(体积比)电解液中，对LiMn204进行固体电解质界面(SE0包覆。用循环伏安法(CⅥ、恒流充放电、线性电位扫描(LSV)、X．射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法，详细

2、研究了包覆材料的物理化学性能，得到如下结果：1．XRD、EDS测试表明，用溶胶凝胶法合成的LiMn204是纯相的。在LiMn204表面包覆1％，3％，5％的ZnO后在XRD图上没有发现杂质峰存在，仍然保持Fd3m的尖晶石构型。溶胶凝胶法合成的LiMn204样品具有颗粒比较小、均匀的特点，粒径约为1群m，表面包覆ZnO后的晶粒轮廓更加清晰。2．将ZnO／LiMn204装配成CR2016扣式电池进行电化学性能测试。电池循环伏安曲线的两对氧化还原峰和充放电曲线在4．0V和4．2V两个充放电平台，表明包覆

3、不改变LiMn204嵌脱锂机理，仍保持两步脱嵌锂过程。以C／5倍率充放电循环55次后，LiMn204的放电容量从110mAh／g降低到84．4mAh／g，容量保持率为76．7％；表面包覆ZnO后，LiMn204的首次放电容量随着包覆量的增加而降低，从110mAh／g降低到105．8mAh／g，100．7mAh／g和96．4mAh／g，但是30次循环后容量保持率却从80．2％升高到96．7％、97．3％和92．4％，循环性能得到明显改善。3．在1MLiPF6／EC：EMC：DMC=1：1：1电解液分

4、别添加O，0．5％，2％，4％的TPFPP，测试了电解液的阻燃性、电导率、分解温度等性能。发现TPFPP具有提高电解液的阻燃性和热稳定性，但同时影响电解液的电导率。随着TPFPP含量的增加，电解液的阻燃性和热稳定性增加但电导率下降。含2％TPFPP的电解液的分解温度从1MLiPF6／EC：EMC：DMC=1：1：1电解液的分解温度在165℃提高到175℃。4．采用Gaussian03软件包，在B3LYP水平上优化EC、EMC、DMC以及TPFPP的几何构型，所用基组为6-31+G(d，p)。分别对

5、EC、EMC、DMC以及TPFPP的前线轨道能力、LUMO和HOMO等值进行了计算。四种物质的HOMO能量是EC(-0．29405ev)，EMC(-0．28199eV)，DMC(一0．28459ev)，TPFPP(-0．2057eV)。HOMO越高则物质的失去电子的能力越强，即氧化性越强。表明TPFPP能够先于溶剂组分在正极氧化形成SEI，对LiMn204起包覆作用。5．用含2％的TPFPP的1MLiPF6／EC：EMC：DMC=1：1：1的电解液装配成CR2016电池进行电化学性能测试。在循环伏

6、安测试时，含此电解液的电池首次循环在LiMa204脱嵌锂峰之前约3．9V处出现氧化峰，在第二次循环消失，表明TPFPP的氧化不仅先于溶剂组分而且先于LiMn204脱嵌锂过程。TPFPP的氧化形成的SEI包覆LiMn204，使电池性能得到提高。添加TPFPP前后，电池的放电容量和保持率都得到提高，分别为108．2mAh／g，80．4％和118．7mAh／g，94．4％。关键词：锂离子电池，LiMn204，包覆，改性ABSTRACTInvestigationsonperformanceimprovem

7、entofLiMn204cathodeforlithium—ionbatterybysurfacecoatingMajor：PhysicalChemistryName：LiangyingSupervisor：Prof．LiWeishanInthispaper’LiMn204wassynthesizedbysol-gelmethodandcoatedwithtwomethods．OneisthecoatingbyZnOandZnO／LiMn204wasobtained．Theotheristheco

8、atingbysolidelectrolyteinterphase(SE0byusingtheelectrolytecontainingtris(pentafluorophenyl)phosphine∞FPP)．TheperformanceofthecoatedsampleswerestudiedbyX—raydiffraction(XRD)，energydispersiveX—rayspectrometer(EDS)，scanningelectronmicrosopy(SEM)，