【摘 要】
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尖晶石LiMn2O4具有成本低、无污染、电化学性能好等优势,应用前景非常诱人。虽然还存在容量较低、充放电稳定性较差、循环容量衰减严重等缺点,但可以通过掺杂改性、表面包覆
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尖晶石LiMn2O4具有成本低、无污染、电化学性能好等优势,应用前景非常诱人。虽然还存在容量较低、充放电稳定性较差、循环容量衰减严重等缺点,但可以通过掺杂改性、表面包覆或者采用新的合成方法来改善电化学性能。目前,LiMn2O4材料研究的重点在于提高LiMn2O4的可逆比容量,增加循环寿命的问题。合成高性能、结构稳定的LiMn2O4是制备和研究具有应用前景的锂离子电池正极材料的关键。 本论文分别采用尿素前驱物合成法和半固相法合成LiMn2O4正极材料,该两种方法具有操作简便,合成成本低,经济实用等特点。两者相比较,尿素前驱物合成法使反应物在分子水平上充分接触,在较短的时间内与较低的温度下,得到性能优秀的正极材料。由于尿素的还原性,该方法合成的材料中含有较多的Mn3+,使材料不仅具有4伏左右放电平台,而且3V平台也得到展现。以电流密度为1mA·cm-2,2.7-4.4V（v.s.Li）电压范围,电解液由LiPF6(1mol·dm-3)与EC+DEC（1:1体积比）的测试条件下,材料具有较高的放电比容量,达到176mAh·g-1。尿素前驱物合成法合成的最佳条件为800℃,空气气氛下烧结7h。而采用半固相法合成LiMn2O4,方法成熟操作更简单,合成材料具有较好的循环性能。循环20次之后放电比容量仍然保持94mAh·g-1。半固相法合成的最佳条件为760℃,空气气氛烧结24h。 当电池深度放电时产生Mn3+（3d4）导致Jahn-Teller畸变效应,造成晶体由立方晶系向四方晶系转变致使容量衰减。为此,本实验选用了Li、Cr、Co、Ni等元素进行阳离子单掺杂或混合掺杂以抑制尖晶石LiMn2O4的Jahn-Teller畸变,稳定尖晶石LiMn2O4的结构,提高材料的循环稳定性。研
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