论文部分内容阅读
尖晶石锰酸锂具有锰资源丰富、成本低、对环境友好等优点,被认为是一种极具应用前景的锂离子二次电池正极材料。本文采用工业上常用的碳酸锰热解法制备锰氧化物前驱体,与Li2CO3混合后焙烧得到锂离子电池正极材料LiMn2O4,降低了LiMn2O4的合成成本；并在碳酸锰制备过程中以共沉淀方式掺入Al3+、Mg2+制备LilxMn2-xO4, LiMgxMn2-xO4(x=0.01,0.02,0.03,0.05,0.1),以改善材料的循环性能。通过XRD、SEM、ICP、交流阻抗和循环伏安等手段对样品的形貌、结构及电化学性能进行表征。对碳酸锰热解法制备尖晶石锰酸锂前驱体锰氧化物进行了研究。通过对碳酸锰制备过程中反应温度、反应液初始浓度、搅拌速度、‘进料速度、陈化时间及碳酸锰热解过程中热解时间和热解气氛等因素进行研究,确定了最优条件。在最优条件下制备的LiMn2O4颗粒结晶度较好,且颗粒大小分布均匀；其首次放电比容量为127.6mAh/g,首次充放电效率为88.9%,1C倍率下循环100次的容量保持率为80.1%。对掺杂LiAlxMn2-xO4、LiMgxMn2-xO4材料进行了研究。发现合成的前驱体及锰酸锂材料均无杂相存在；增加掺杂量,会使LiAlxMn2-xO4颗粒不断长大,LiMgxMn2-xO4颗粒减小并出现表面熔融现象。A13+的掺入,降低了材料的首次放电比容量,大大地提高了材料的循环性能,尤其是高温性能。常温下,材料在1C下循环100次的容量保持率由未掺杂时的80.2%提升到LiAl0.05Mn1.95O4的95.9%；高温(55℃)条件下,LiMn2O4容量衰减比常温下快,当A13+掺杂量达到x=0.05时,1C倍率下循环100次容量保持率由未掺杂的72.2%升高到90.7%。掺入Mg2+,材料的首次放电比容量衰减较少,循环性能提高,当掺杂量x=0.03时,LiMg0.01Mn1.95O4材料在常温和高温下首次放电比容量分别为113.2mAh/g和105.95mAh/g,1C下循环100次容量保持率分别为85%和82.4%。