锂离子电池正极材料锂锰氧化物的温化学合成与表征

来源 :中南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:crystal_zirui
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
尖晶石锂锰氧化物具有资源丰富、成本低、无污染等突出优点,被公认为是一种最有前途的锂离子二次电池正极材料。按已有制备方法,其主要不足在于材料的均匀性不好,循环可逆性差和高温容量衰减。 为了改善锂锰氧化物的物理性质,提高其充放电循环性能,本研究提出了两种湿化学制备锂锰氧化物的技术路线,采用液相氧化法和机械活化—湿化学法合成了性能良好的锂离子电池正极材料Li1+xMn2-xO4 and Li1+xMyMn2-x-yO4(M=Co,Cr)。采用XRD、TG-DTA、SEM等现代分析与检测手段对材料的组成、结构、晶粒度、形貌等物理性质进行了系统研究和表征,并初步测试了合成材料的充放电性能。 研究表明,以Mn(Ⅱ)盐为锰源,以H2O2等为氧化剂,采用液相氧化法,在含锂盐的水溶液中,通过Mn(Ⅱ)的氧化反应可获得具有尖晶石Li1+xMn2-xO4组成,但主要为无定形结构的Li-Mn-O化合物前驱体,该前驱体经晶化热处理后可转变为晶型结构完整的正极活性材料。以MnO2(EMD)为锰源,采用机械活化—湿化学法,通过MnO2与锂盐的反应(该反应通常需在700~800℃的高温下才能进行),可直接从水溶液中获得结晶度较好的尖晶石锂锰氧化物Li1+xMn2-xO4和Li1+xMyMn2-x-yO4(M=Co,Cr)。合成过程锂盐的用量对产物的锂含量有较大影响,而产物的锂含量又决定了产物的物相组成,当产物的含锂量介于3.78%~4.35%时,其物相结构以立方尖晶石Li1+xMn2-xO4为主;当产物含锂量增加至5.80%时,其物相结构以层状LiMmO2为主。锂含量介于3.78%~5.80%的所有样品在500~700℃下热处理4~8h后都可转变为单一相的尖晶石结构:随产物锂含量的增加,XRD图谱上尖晶石LixMn2O4的特征峰向高角度偏移,且晶胞参数减小。晶化热处理温度对产物的结构及晶粒度有较大影响,随热处理温度的提高,晶型结构趋于更加完善,与此同时,晶粒长大,并符合Turnbull方程,低于400℃时,温度对晶粒度的生长速度影响较小,而超过400℃以后,温度对晶粒度的生长速度影响较大;但晶化热处理时间(>4h后)对产物的物相结构影响不大。从SEM照片可以看出,湿化学合成产物为粒径小于0.1μm的纳米级粉末,粒度均匀,形貌规整。因此,通过调整和控制湿化学合成的工艺参数可以获得具有特定非化学计量组成与结构的尖晶石锂锰氧化物。在水溶液中通过本机械活化—湿化学法直接获得了具有与立方尖晶石LixMn2O4相同结构的掺杂尖晶石Li1.02Co0.04Mn1.94O4和Li1.04Cr0.03Mn1.93O4,同时,制备出三种富锂尖晶石锂锰氧化物,根据XRD分析及锰的价态分析和锂、锰的化学分析结果导出Li/Mn比值分别为0.502(B-l7)、0.531(B-27)、0.608(B-37)的富锂尖晶石锂锰氧化物(热处理后)的缺陷结构模型分别为: B-17: [Li]Te[Mn(Ⅲ)0.96Mn(Ⅳ)1.030.01]ocO4 B-27:[Li]Te[Li0.04Mn(Ⅲ)0.88Mn(Ⅳ)1.08]OcO4 B-37:[Li]Te[Li0.13Mn(Ⅲ)0.54Mn(Ⅳ)1.310.02]ocO4 其锰的平均价态分别为3.52、3.55和3.71。 合成产物的充放电性能初步测试结果表明,用机械活化湿化学法合成的富锂尖晶石Li,.04Mnl.%O;和用液相氧化法合成的富铿尖晶石Lil.05Mnl95O;在1.OM LICI认甩C+DEC(l: lwt)电解液体系中的初始放电容量分别为1 14.1 mA吨和118.0 mA吨,分别达其理论容量的91%和98%,前5次循环的放电容量衰减率分别为1 .3%和3.8%,较有关文献报道的其它湿化学法所得铿锰氧化物的性能优良。相同测试条件下,掺杂尖晶石Li102Coo川Mnl.9404和Li,.04Cr003Mn,.930;的初始放电容量及循环性能优于上述富铿尖晶石。 本研究提出的两种湿化学合成方法使铿锰氧化物的合成化学反应在水溶液中进行,实现了Li、Mn、O及掺杂元素在原子级水平的均匀混合,所得正极材料的组成均一,结构稳定,粒度分布均匀,循环性能良好。该湿化学法具有产物的化学组成及结构易于调整,形貌及粒度可控,工艺流程简单,生产成本低等特点,是一种较有前途的尖晶石锉锰氧化物制备方法。
其他文献
ue*M#’#dkB4##8#”专利申请号:00109“7公开号:1278062申请日:00.06.23公开日:00.12.27申请人地址:(100084川C京市海淀区清华园申请人:清华大学发明人:隋森芳文摘:本发明属于生物技
ue*M#’#dkB4##8#”专利申请号:00109“7公开号:1278062申请日:00.06.23公开日:00.12.27申请人地址:(100084川C京市海淀区清华园申请人:清华大学发明人:隋森芳文摘:本发明属于生物技
论文主要研究基于矢量偏微分算子的电磁场的本征问题,并以不规则波导和谐振腔为应用背景。 从亥姆赫兹定理出发,将自由空间的亥姆赫兹定理推广到有限空间,得到了电磁场在矢量
目的通过回顾性分析泛发性湿疹住院患者的临床资料,观察分析泛发性湿疹的临床特点、伴发疾病以及相关实验室检查情况,以寻找泛发性湿疹的相关发病因素。研究方法所有泛发性湿疹
本论文在全面总结国内外有关可调电抗器的技术基础上,首次对基于磁通控制的可调电抗器进行了深入的理论分析和技术研究,并重点进行了其在消弧线圈补偿系统中的应用研究。首先
ue*M#’#dkB4##8#”专利申请号:00109“7公开号:1278062申请日:00.06.23公开日:00.12.27申请人地址:(100084川C京市海淀区清华园申请人:清华大学发明人:隋森芳文摘:本发明属于生物技
粘着斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)是蛋白质酪氨酸激酶(protein tyrosinekinase,PTK)的一个家族,它属于非受体型酪氨酸蛋白激酶。黏着斑激酶家族的成员包括FAK和富含脯氨酸
本文分析了现行高校专项拨款机制与高校科学发展和预算管理原则的矛盾性,揭示了项目设置、经费分配、资金结构、申报手续、预算执行等方面的问题,在借鉴英美日澳等国做法的基
对宋代蒙学教育的时间、形式、内容和教材做简要介绍,然后分析宋代蒙学教育的教学方法,以期对现代儿童教育提供一些有益借鉴。 Briefly introduce the time, form, contents
电视政论片《大国外交》完整、生动地再现了党的十八大以来以习近平同志为核心的党中央推进中国特色大国外交的历史轨迹,使人深受鼓舞和启迪,切实感受到五年来中国外交所走过