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锂离子二次电池因其具有较高的能量密度,安全性能好,在储能器件中独占鳌头,目前广泛运用于便携式储能设备。正极材料决定锂离子电池容量,成本占电池成本三分之一,优良的正极材料是提升锂离子电池的性能,降低电池成本的重要手段。尖晶石LiMn2O4由于放电平台高、生产成本低、耐过充、锰资源广泛、合成方法简单而受到人们的关注,但是其在充放电过程中发生歧化反应导致锰的溶解,以及杨-泰勒效应导致容量衰减。目前多种方法被用来提升尖晶石LiMn2O4的性能,阳离子掺杂是一种重要的提升尖晶石LiMn2O4性能的手段。 传统工业生产的掺杂改性多是通过固相法将相应比例的掺杂元素与前躯体混合,再高温烧结,合成方法简单,但是得到的材料均匀性不好,并且不能有效地解决容量迅速衰减的问题。本文将掺杂元素与锰金属制成合金,合金氧化后,得到掺杂元素与锰元素均匀混合的前躯体,这种制备前躯体的方法称之为合金氧化法。本文通过合金法制备出高性能尖晶石LiMn2O4正极材料。具体工作如下: 通过合金氧化法制备出Co或Cu掺杂锰氧化物前躯体,前躯体与Li2CO3固相反应生成LiMn2-xMxO4系列材料(M为Co或Cu,x=0,0.02,0.04,0.06,0.08)。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料进行物相表征和形貌表征,恒电流充放电、循环伏安法(CV)、电化学阻抗(EIS)对材料进行电化学性能测试。结果表明,随着Cu金属的掺杂比例增加,电池的容量逐步下降,但电池的循环性能和稳定性逐渐增强,合金氧化法制备的LiMn1.94Cu0.06O4具有最好的电化学性能,在1C的电流密度下首次充放电效率为90.8%,50次循环后容量保持率为77.3%。 通过碳化物水解法制备Cu掺杂的锰氧化物前躯体,前躯体与固相反应生成LiMn1.94Cu0.06O4。XRD结果说明碳化物水解法所得前躯体与合金氧化法所得相同,并且结晶度较高,SEM结果显示碳化物水解法所得产物为100nm左右的立方颗粒。电化学测试结果表明,材料充放电性能较好,EIS测试显示,随着循环次数增加电池阻抗未明显增大。