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锂离子电池与传统的二次电池如铅酸电池、Ni/Cd电池、Ni/MH电池等相比,在比功率、能量密度及充放电性能方面有着明显的优势。而且,锂离子电池还有着循环寿命长、自放电率低、“绿色”环保等优点,目前已广泛地应用于小型电器中,并正积极地向国防工业、空间技术、电动汽车、静置式备用电源(UPS)等领域发展。锂离子电池技术及性能的进一步提高,主要依赖于电池中各组分材料的改进开发及电池工艺的革新,进一步提高性能和降低成本是现阶段锂离子电池发展和改进的主攻方向。
本论文综述了当前锂离子电池电极材料最新研究进展,通过流变相辅助微波法合成改性的动力锂离子电池正极材料尖晶石型锰酸锂材料,并在此基础上开展了乳液法二次造粒研究。利用XRD、SEM和激光粒度仪等技术对电极材料的微观结构和形貌、粒度进行了分析,采用恒电流充放电技术测试了其电化学性能:
1.对掺杂Al的改性LiMn2O4正极材料的制备方法进行了详细的研究并加以改进,采用流变相辅助微波法制备了改性尖晶石型LiMn2O4锂离子电池正极材料,实验结果表明,流变相辅助微波法具有焙烧反应时间短,节约能源等优点,且制得的LiMn2O4样品形貌规则,颗粒分散均匀。确定了最佳的合成温度和时间:750℃,2h。对其进行了XRD分析和SEM研究,并就结构、形貌与传统固相法制备的LiMn2O4、LiAl0.03Mn1.97O4进行了比较。采用这种流变相辅助微波合成法制备的LiAl0.03Mn1.97O4具有优良的电化学性能,测试结果表明,这种材料具有比较高的首次放电容量(115mAh/g),以及良好的可逆性、优异的循环性能,25次循环结束比容量几乎不变,保持在115mAh/g左右,衰减性得到很好的改善。
2.介绍了目前锂离子电池正极材料球形化制备的情况,对乳液法二次造粒的方法及其机理进行了初步探讨。以微波合成法制备的LiMn2O4作为一次颗粒,采用一种特殊乳液法进行二次造粒,初步制备了球形LiMn2O4正极材料。对二次造粒的产物进行了SEM、XRD分析,测试了其振实密度和电化学性能,发现在二次造粒过程中一次颗粒有一定生长,二次颗粒球状形貌还不够理想,分析了原因,为进一步研究打下基础。