层状锰酸锂-.doc

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1、.1结构特性LiMnO:有4利l结构形式13]，其中单斜LiMn02(m-LiMn02和正交LiMn02(o-LiMn02)有层状结构，前者为a-NaFe02型结构，后者为岩盐结构。在热力学平衡条件下，m-LiMnO:没有o-LiMn02稳定，原因是:①Mn3十之间的反铁磁相4_作用;②Jahn-Teller畸变的影响;③离子半径和电荷影响!al层状LiMnO:的问题有:①属热力学亚稳定，Mn3十不稳定，中等温度下就易向高价转化，形成类尖inW结构的Lie}Mn2}O4;②Mn3十(tZSeS)引起的Jahn-Teller效应使O排列发生畸变，难形成理

2、想的密堆积，影响结构的稳定!4t.③充放电过程中会发生单斜结构向菱形结构的转化，引起体积变化，使容量下降。(B)二维扩散路径之层狀结构金属氧化物在嵌入式化合物中，具有层狀结构的LiMO2(M=Co、Ni、Mn等)，氧離子形成了立方最密堆积结构，而Li+和M3+则交错占据(111)面的八面体位置，如图(2-8a)[25]，图中阴影部份为M3+的位置，白色部分为Li+所占据的位置。而图2-6中所列的层狀LiMO2之中，LiTiO2在合成上有其困难度[26]；LiVO2在充电时(即锂嵌出时)，会破坏阳離子的规则排列[26-27]；LiCrO2由于铬价數不易改

3、变，导致难以充电[28]；LiNiO2的Ni易变成Ni2+，故合成不易，大部分制备所得的LiNiO2都含有少量的Ni在锂離子层中。这些残留的Ni会影响到其结构的稳定性，进而降低电池的循环寿命[29-31]。而LiCoO2只要制备过程中条件适当地控制，便很容易得到稳定的层狀结构[17]，因此LiCoO2也是目前商品化锂離子电池正极材料的主流。但由于全世界的Co矿存量少，加上其为战略性物质，因此限制其在大型化电池上的应用。因此，逐渐有期待以Mn作为其替代物的趋势。o-LiMnO2层狀结构，在充放电过程中会逐渐相变化成尖晶石相，因为Mn3+的Jahn-Tel

4、lerDistortion效应的影响，造成结构扭曲(如图2-8b)，使比电容量先增后渐衰减，增加电池设计上之困扰。但可利用掺杂不同金属來稳定结构，避免结构变化之题，使其作为锂电池正极材料仍有其优势。1.项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录）1.1研究意义1.1.1嵌入化合物与锂离子电池正极材料锂离子电池是对以锂离子嵌入化合物为正极材料的电池的总称。锂离子电池的充放电过程是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在嵌入化合物中

5、，外来原子、离子或分子可以可逆嵌入到宿主材料的晶格中或从晶格结构中脱嵌，宿主材料的晶格原子只发生位移而不产生扩散性重组。嵌入化合物的宿主材料具有开放结构，不同材料可以提供一维、二维或三维的扩散通道。嵌入物在宿主材料的晶格中可以移支、嵌入或脱嵌，浓度可变化。嵌入物的种类及浓度对宿主化合物的电、磁、热及力学性质有显著的影响。嵌入化合物按电子转移可以分为施主型和受主型两类。目前已发现几百种嵌入化合物，如TiS2、WO3、石墨等。它们被广泛用作电极材料、敏感材料、发光材料、固体润滑剂、催化剂、储氢材料和同位素转移材料等。1.1.2本项目研究的意义LiMO2（M

6、=Ti、V、Cr、Co、Ni、Mn等）是具有层状结构的嵌入式化合物。其中，LiTiO2在合成上有其困难度[26]；LiVO2在充电时(即锂嵌出时)，会破坏阳离子的规则排列[26-27]；LiCrO2由于铬价数不易改变，导致难以充电[28]；LiNiO2的Ni易变成Ni2+，故合成不易，大部分制备所得的LiNiO2都含有少量的Ni在锂离子层中。这些残留的Ni会影响到其结构的稳定性，进而降低电池的循环寿命[29-31]。而LiCoO2..只要制备过程中条件适当地控制，便很容易得到稳定的层状结构[17]，因此LiCoO2也是目前商品化锂离子电池正极材料的主流

7、。但由于全世界的Co矿存量少，加上其为战略性物质，因此限制其在大型化电池上的应用。因此，逐渐有期待以Mn作为其替代物的趋势。o-LiMnO2层状结构，在充放电过程中会逐渐相变化成尖晶石相，因为Mn3+的Jahn-TellerDistortion效应的影响，造成结构扭曲，使比电容量先增后渐衰减，增加电池设计上的困难。但可利用掺杂不同金属来稳定结构，避免结构发生畸变，发挥其作为锂电池正极材料特有的优势。题目改为：锂离子电池用正极材料层状LiMnO2的制备、掺杂和包覆改性研究锂离子电池是对以锂离子嵌入化合物为正极材料的电池的总称。正极材料在锂离子电池总成本中

8、占40%以上，其性能直接影响锂离子电池各项性能的指标，在锂离子电池中占据核心地位。锂离子电池大