多孔球状LiMn2O4的制备及电化学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvyuxuan3652008
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尖晶石 LiMn2O4具有成本低、安全低毒、原材料丰富和环境友好等优点而成为非常有前景的正极材料。但是尖晶石 LiMn2O4在循环过程中,会存在 Mn3+的溶解侵蚀和Jahn-Teller效应,从而导致其容量衰减特别是高温条件下容量衰减比较严重,进而制约了其大规模应用。本文采用温和的制备方法制备出了电化学性能优异的多孔球状 LiMn2O4,随后通过控制制备过程中碳酸钠和氢氧化钠的浓度比,制备了三种不同孔径的多孔球状 LiMn2O4,接着对球的大小和孔径大小对材料的电化学性能的影响做了详细的研究;最后对与 LiMn2O4相匹配的电解液体系进行了初步的研究。  多孔球状 LiMn2O4呈现出优异的循环性能和倍率性能,在5 C的放电倍率下,依然有71 mAh g?1的放电比容量;在0.5 C的放电倍率下,在100次的循环后放电比容量保持率为92%。多孔球状 LiMn2O4材料优异的电化学循环性能主要由它的球状结构所决定,多孔球有纳米颗粒组成,纳米颗粒缩短了锂离子的迁移路径,增加了锂离子的脱嵌反应点;球状多孔的结构也能承受充放电过程中体积变化所带来的张力,有利于充分保持材料的结构稳定性。  三种不同孔径的多孔球状 LiMn2O4材料均是由相同大小的纳米颗粒组成,纳米颗粒缩短了锂离子的迁移路径,增加了锂离子的脱嵌反应点。氮吸附/解吸分析表明三种多孔球状 LiMn2O4材料的平均孔径分别为17、19和11 nm,孔可以为充放电过程中的体积变化提供缓冲空间。三种多孔球状 LiMn2O4材料在0.5 C的放电倍率下,100次的循环后的放电比容量分别为120.5、108.6和117.9 mAh g?1,且具有最大孔径的 LiMn2O4呈现出更优异的电化学性能,尤其是倍率性能,在5 C的放电倍率下,依然有79.6 mAh g?1的放电比容量。  LiBF2SO4基电解液体系与 LiMn2O4正极材料表现出很好的相容性。LiBF2SO4基电解液能够有效的在正极材料表面形成一层 SEI膜来改善材料界面的稳定性,利用LiBF2SO4基电解液组装的 LiMn2O4/Li电池呈现出一些优点,比如稳定的循环性能,低的电池阻抗,小的极化,优异的倍率性能等。
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