尖晶石型锰酸锂的制备方法_郭文杰.pdf

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1、综述尖晶石型锰酸锂的制备方法郭文杰(华南理工大学广州现代产业技术研究院，广东广州510641)摘要：尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)以成本低廉、资源丰富和安全性好等优点，成为动力锂离子电池的理想正极材料。但尖晶石锰酸锂的循环寿命低，特别是高温条件下循环寿命更低；存储时产生容量衰减，高温条件下更明显，限制了其应用。介绍了尖晶石型锰酸锂的晶体结构特点以及国内外在尖晶石型锰酸锂制备方面的研究进展。关键词：锰酸锂；正极材料；尖晶石中图分类号：TM912文献标识码：A文章编号：1002-087X(2016

2、)01-0215-03PreparationofspinellithiummanganatecathodematerialGUOWen-jie(GuangzhouInstituteofModernIndustrialTechnology,SouthChinaUniversityofTechnology,GuangzhouGuangdong510641,China)Abstract:SpinelLiMn2O4wasconsideredasapotentialcathodematerialforpo

3、werLi-ionbatteriesbecauseofitslowcost,richresourceandhighsafety.However,spinelLiMn2O4showedlowercycleandstoragelife,especiallyunderelevatedtemperatures,whichrestricteditsapplication.ThecrystalstructurefeaturesofspinelLiMn2O4wereimtroducedindetail.The

4、progressinpreparationmethodsofspinelLiMn2O4athomeandabroadwerediscussedindetail.Keywords:lithiummanganate;cathodematerial;spinel1981年Hunter[1]首先制备出尖晶石型锰酸锂(LiMnO)，充电时，Li+从8a脱出，n(Mn3+)/n(Mn4+)比值变小，后变成24而后Goodenough等[2]证实了尖晶石型锰酸锂具有三维隧道结λ-MnO+首先2，留下[Mn2]

5、16dO4稳定的尖晶石骨架；放电时，Li构，锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌，不会引起结构的进入势能低的8a空位[4]。塌陷。尖晶石型锰酸锂一直受到国内外众多学者及研究人员的关注。与钴酸锂(LiCoO2)相比，锰酸锂具有资源丰富、成本2尖晶石型锰酸锂的制备方法低、无毒无污染、安全性和倍率性能好等优点，在动力电池领合成尖晶石型锰酸锂的传统方法是高温固相法，该方法工域有广阔的应用前景。艺简单，产品结晶性好，且易于实现工业化，是合成尖晶石锰酸1尖晶石型锰酸锂结构特征锂的主要方法，但高温固相法也存在明

6、显缺陷，如合成温度高、尖晶石型锰酸锂属于立方晶系，Fd3m空间群，晶胞常数组成均匀性差、颗粒大、形貌不规则、颗粒尺寸分布宽等。为克a=0.8245nm，晶胞体积v=0.5609nm3。氧离子为面心立方密服高温固相反应法的缺陷，近年来开发出多种新的方法，如熔堆积，锂占据1/8氧四面体间隙(V4)位置，锰占据氧1/2八面融浸渍法、Pechini法、水热合成法、共沉淀法、溶胶凝胶法以及体间隙(V8)位置。单位晶格中含有8个锂原子、16个锰原子、乳化干燥法等，使锰酸锂的性能有了不同程度的提高。32个氧原

7、子，其中Mn3+和Mn4+各占50%。其结构可简单描述2.1高温固相法为锂离子占据8个四面体8a位，锰离子占据16个八面体16高温固相法是把固态的含锂化合物和含锰化合物混合，d位，而八面体的16c位全部空置，氧离子占据八面体32e通过高温焙烧的方式来合成锰酸锂。Wickham等[5]于1958年位。该结构中MnO6氧八面体采取共棱相联，形成了一个连续采用高温固相反应首次制备出锰酸锂，由于高温固相合成法的三维立方排列，即[M]O尖晶石结构网络为Li+的扩散提供24操作简便，生产条件容易控制，成为合

8、成锰酸锂的主要方法。了一个由四面体晶格8a、48f和八面体晶格16c共面形成的等[6]采用高温固相法在不同温度下合成了正极材料锰酸锂，在三维空道。当Li+在该结构中扩散时，按8a-16c-8a顺序路径850℃时合成的样品具有最佳的电化学性能，在0.1C充放直线扩散，扩散路径的夹角为107°，这是尖晶石型锰酸锂可电，首次放电比容量为120.7mAh/g，经过20次充放电循环后作为二次锂离子电池正极材料使用的理论基础[3]。容量保持率为95.2%。2.2熔融浸渍法收稿日期：2015-06-15熔盐浸