v掺杂制备尖晶石limn204的研究

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1、第29卷第6期湖南有色金属2013年12月HUNANNONFERROUSMETALS41·材料·V掺杂制备尖晶石LiMn2O4的研究熊学(湖南有色金属研究院，湖南长沙410100)摘要：采用V掺杂固相法合成尖晶石锰酸锂(LiMn：O)，研究了掺杂后对材料的影响，用感应耦合等离子体(ICP)、XRD、SEM、激光粒度分析(LPS)、BET和充放电测试，对材料进行了分析。实验表明掺杂V的LiMn：O结晶度更完整，颗粒表面更光滑，平均粒径增大了4．55m，比表面积减小了0．52m／g；循环30次的容量保持率提高了4．13％。关键词：正极材料；锰酸锂

2、(LiMn2O4)；掺杂中图分类号：TG146．26文献标识码：A文章编号：1003—5540(2013)06—0041—03尖晶石锰酸锂(LiMnO)正极材料普遍存在循掺杂V和未掺杂的LiMnO样品，样品编号分别为a环性能较差的缺点。一般认为，Jahn—Teller效应、锰和b。的溶解和充放电过程中晶相的转变是引起容量衰减1．2材料的分析的主要原因。通过阳离子掺杂稳定材料结构是改善用IRZSAdvantage1000型ICP等离子发射光谱循环性能的主要途径。陈健等通过Al掺杂提高分析仪(美国产)分析样品中Li、Mn和V的含量；用了材料的电化

3、学性能，栾欣宁等通过液相表面包D／MAX2000型X射线衍射仪(日本产)进行分析材覆1％的AIO，合成的LiMn：O材料在高温下的首料的晶体结构；用JSM一6360LV型扫描电子显微镜次放电比容量为117．9mAh／g，循环50次，容量保持(Et本产)分析样品的晶粒大小和形貌；用Mastersi．率可达94．23％。V”(0．059nm)的离子半径与zer2000型激光粒度仪(英国产)检测样品的粒度；Mn¨(0．058nm)相近，取代Mn¨更容易实现，且用QuadraSorbSI型比表面积测量仪(美国产)测试V¨具有一定氧化性，有利于抑制的M

4、n¨产生，稳定样品的比表面积。了晶体的结构。1．3电化学性能测试同时，大颗粒的材料通常具有较小的比表面积，将制备的样品、导电剂乙炔黑(天津产，电池级)可减少与电解液的接触面积，并有利于提高加工性和粘结剂偏聚氟乙烯(上海产，GR)按质量比8：1：1能。本文通过对原材料的预处理及掺杂工艺，对在混匀，加入N一甲基吡咯烷酮(上海产，电池级)，搅较低温度下一次固相合成大颗粒、结构稳定的尖晶拌均匀后，涂覆于20txm厚的铝箔(上海产，>石LiMnO正极材料进行了研究。99．7％)上，极片经过120oC干燥12h、辊压、裁切得到=13．5mm的圆形正极片(

5、约含2mg活性物1实验质)。1．1样品的合成以金属锂片(深圳产，电池级)为负极，1mol／L按Li过量0．05的摩尔比称取电池级LiCO，LiPF／EC+DMC(体积比1-1，张家港产，电池级)为(江苏产，电池级)、电解MnO(EMD，湖南产，工业电解液，Celgard2400聚丙烯微孔膜(美国产)为隔级)和V：O5(天津产，AR)，充分混合，然后以1．5膜，在充满干燥氩气的手套箱中组装CR2032型扣式~C／min的速率升温至850oC并保温12h，分别制得半电池。在BTS一5V／50mA电池检测柜(深圳产)上，在作者简介：熊学(1982一

6、)男，工程师，主要从事新能源材料的开发3．0～4．2V电压范围，以0．5c的电流对电池进行工作。充放电测试。第6期熊学：V掺杂制备尖晶石LiMn204的研究43从图3可知，样品a首次放电比容量有所降低，至0．258m／g，有利于提高材料的加工性能和安全但随着循环的进行，容量衰减量减少，而样品b的容性能。量下降较快，30次后容量保持率分别为95．73％和3．V的微量掺杂，通过降低Mn的含量和减少91．60％。分析认为：a样品在掺杂后有效活性物质活性物质与电解液的接触面积，材料循环30次容量含量相对减少，导致克容量降低，但掺杂V使晶体结保持率提高

7、了4．13％。构更稳定，抑制了Jahn．Teller效应；同时，小的比表参考文献：面积减少了活性物质与电解液的接触，类似于Mn溶解和电解液分解等副反应也相应减少，因此循环性陈健，王志兴，李新海，等．Al掺杂对锰酸锂结构与性能的影响[J]．电池，2005，(2)：119—124．能得到提高。[2]栾欣宁，胡国荣，彭忠东，等．LiMn2O4的AI2O3室温固相包覆3结论及其电化学性能研究[J]．湖南有色金属，2009，25(2)：39—43．1．在850℃下可合成纯相的尖晶石LiMnO。[3]蔡砚，王要武，何向明，等．尖晶石容量衰减原因及对策[j

8、]．功能材料，2004，51(3)：2l一24．2．V微量掺杂可改善晶体的结晶度和颗粒表面光滑度，并将颗粒粒径增至16．76Ixm，比表面积降收稿日期：2013—1