锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4的合成及其容量、倍率和循环性能的改性研究.pdf

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1、SYNTHESISANDMODIFICATIONOFSPINELLIMN204ASCATHODEM睑TER认LFORLITHIUMIONBATTERIES：TOWARDSCAPACITY、RATEANDCYCLINGPERFORM睑NCE4DissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceBYGuoDongleiSupervisor：Prof．Zhao

2、rongChangMay，2014摘要删㈣10㈣2Y2551尖晶石锰酸锂具有独特的三维隧道结构，有利于锂离子的嵌入和脱出，其作为动力锂离子电池正极材料，具有较高的功率和能量密度，并且因其资源储量丰富，成本低廉，安全性能高以及对环境友好等优点，受到研究者的青睐，成为当前锂离子电池正极材料研究的热点。但其在充放电过程中，由于锰的溶解及Jahn．Teller效应等原因，锰酸锂的比容量衰减比较快，尤其是在高温环境条件下，其循环性能非常差，制约了该材料的实际应用。本文以尖晶石锰酸锂为研究对象，重点进行了其容量，倍率和循环性能方面的改善研究：(1)高纯尖晶石LiMn2

3、04的合成及其性能研究：通过稀硫酸辅助水热法处理电解二氧化锰(EMD)，可以除去混杂或镶嵌其晶格中的杂质离子，得到高纯的p．Mll02。并以其为前驱体与氢氧化锂混合得到高纯的尖晶石锰酸锂，电化学性能显示通过该方法合成的高纯锰酸锂正极材料具有良好的容量和常温循环性能，但高温循环性能没有明显改盖口o(2)Li～o．1Mnl．904的简易合成及其性能研究：以EMD与AI(OH)3为原料，按Mn与Al摩尔比为19：1混和均匀，在高温850。C煅烧5h得到Mnl．9A10．103。以其为前驱体与氢氧化锂混合得到尖晶石L认lo．1Mnl．904，通过EDS元素分布分析

4、，铝元素能够均匀分布在尖晶石LiMn204结构中，此方法合成简单，成本低，能够批量合成。电化学测试表明以此方法合成的L认lo．1Mnl．904具有良好的高温循环性能，但由于舢元素的掺杂其容量性能低于纯的LiMn204。(3)多孔渗水球形和多面体类球形L认lo．02Mnl，9804的合成及其性能研究：通过控制结晶法合成球形MnC03，在合成的过程加入一部分A12(S04)3代替MnS04，合成出掺杂有铝元素的球形MnC03，以其为锰源在6000C，11000C预烧6h合成掺杂铝元素的球形Mn203和Mn304，并以其为前驱体合成多孔渗水球形L认lo．02Mn

5、l．9804和多面体L认lo．02Mnl．9804。电化学测试表明合成的具有多孔渗水球形和多面体结构的LiAlo．02Mnl．9804具有良好的高温容量，循环和倍率性能。关键字：LiMn204；LiAlo．1Mnl．904；控制结晶法；多孔渗水球形和多面体类球形LiAlo02Mnl9804ABSTRACTDuetotheunique3dtunnelstnJcnlreofspinellithiummanganeseoxides(LiMn204)．1ithiumioniseasytointercalate／de—intercalate．Asthecathode

6、materialforlithium—ionbatteries，LiMn204hashighpowerdensityandhighenergydensity．Alsoduetoitsfavorablepropertiessuchasnaturalabidanceofmanganeseoxide，lowcost，goodsafety,andenvironmentalfriendly,ithasbecomeveryhotinthefieldofthecathodematerialforlithium—ionbatteries．Despiteadvantages

7、intermsofcostandsafety,lithium-ionbatterieswithspinels廿．uctllredLiMn204havetheirlimitations．ChiefamongtheseisthedecreaseincapacitythatOccursduringtherepeatedcharge／dischargecycleandstorage，especiallyatahightemperature．Thiscertainlyconstrainsitsapplicationsinpowerbatteries．Inthispa

8、per,wetakemanyresearch，focusonthe