MgF掺杂锂锰氧尖晶石锂离子电池正极材料

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1、浙江大学硕士学位论文Mg/F掺杂锂锰氧尖晶石锂离子电池正极材料姓名：关勇辉申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：赵新兵20030101摘要LiMn204正尖晶石廉价、无毒，且具有较大的电化学容量，被认为是取代昂贵、有毒性的LiC002的锂离子电池正极最佳候选材料之一。LiMn204的容量衰减问题是制约其商业化的瓶颈。离子掺杂能有效改善LiMn204的电化学性能。本文在综述了国内外锂离子电池LiMn204正极材料的研，艽进展的基础上，以Li2C03与EMD为主要原料通过固相反应法制备TMg／V掺杂锂锰氧尖

2、晶石，并将其应用于动力聚合物锂离子电池(PLIB)，同时结合XRD、SEM和电化学性能测试等手段，研究了它们的结构、电化学性能及两者之间的关系。研究发现，7500C保温20h能制备出具有均一立方结构和大小颗粒相错堆积而有利于导电剂乙炔黑在活性料颗粒间搭桥的微观组织特征的锂锰氧尖晶石。电化学测试结果显示，Mg掺杂LiMn204尖晶石具有良好的循环特性。0．5c充放电倍率下，LiMnl92Mgo0804首次放电容量约90mAh／g(VS．Li)，较LiMn204的102mAh／g低，但循环性能显著提高：300次循环后

3、，容量不发生可察觉衰减；Li0．98Mnl．94M90．0604]CMS(中间相碳微球，上海杉杉)系动力聚合物锂离子电池正极首次放电容量为90mAh／g，经300次循环容量保持率>75％。Mg掺杂LiMn204尖晶石的良好循环性能与其微观组织形貌和结构相关。掺Mg能促进LiMn204尖晶石的晶体发育，有效抑制其Jahn．Teller畸变，并能增强尖晶石结构中宿主内部原子间结合力，提高宿主的稳定性，进而显著提高锂锰氧尖晶石的循环寿命。研究还发现，正极表面活性颗粒在循环过程中逐渐破碎。颗粒破碎有利于电解液充分渗入，提

4、高正极与电解液的有效接触，从而弥补了正极结构不可避免的衰退而造成的容量损失。掺F既可以提高尖晶石的首次放电容量，也可改善锂锰氧尖晶石的循环性能：LiMn203．96Fo．叫首次放电容量为113mnh／g(vs．Li)，经150次后循环容量为90maWg，经300次循环后，容量保持率>70％。这是由于掺F增加了尖晶石的Mn”含量，同时又增强了宿主内部原子间的键力所致。F／Mg协同掺杂的锂锰氧尖晶石的首次放电容量较高，Li量的细小变化对首次放电容量与循环性能影响都很大。Li098Mnl96Mgo0403961：oog

5、CMS系动力PLIB正极首次放电容量为98mAh／g，200次循环容量保持率>72％，而增加正极含锂量的LiMnl96Mgo040396Fo04／CMS系正极首次放电容量将高达到106mAh／g，但循环性能差。F／Mg协同掺杂的锂锰氧尖晶石的结构与电化学性能的关系需要进一步研究。浙扛大学硕士学位论文关键词：聚合物锂离子电池，固相反应，正极材料，锂锰氧尖晶石，Mg／F掺杂，结构，电化学性能浙江大学硕士学位谁文AbstractNormalspinelLiMn204，duetoitsadvantagessuchaslo

6、wcost，lowtoxici吼andrelativelyhl曲energydensity,isconsideredasapromisingcathodematerialforlithium·ionbatteriesinplaceofLiC002，whichisexpensiveandtoxic．However,itsuffersfromgradualcapacitylossduringcycling，whichpreventsitfromcommercialuse．Ion-dopingcanobtainimpr

7、ovementincycleabilityforspinelcathode．TherecentdevelopmentsinnormalspinelLiMn204werereviewedonitscrystalstructureandproperties．TheMg／r—dopedlithiummagnatespinels，usedasthecathodeforpowerpolymerLi—ionbatteries(PPLIB)，weresynthesizedfromLi2C03andEMDbysolidstate

8、reaction．andwerecharacterizedbyXRD，SEM，aswellaselectrochemicalperformancetestingThestructure，electrochemicalperf01Tnanceandthecorrelationsbetweenthemwerealldiscussedindetailforthesedopeds