当前，锂离子正极材料包括橄榄石型磷酸盐以及钴系、锰系、镍系的氧化物锂盐：如橄榄石型LiFePO4、层状LiCoO2、层状三元材料(NCM和NCA)和尖晶石型LiMn2O4，其实际比容量在100-180mAh?g-1，与石墨(372mAh?g-1)等负极材料相比其较低的实际比容量难以满足锂离子电池对高能量密度的要求，同时正极材料研究进展缓慢，从而限制电池比能量的进一步提高。锰酸锂具有资源丰富、成本低、污染小、安全性好等优点，是最有发展前途的锂离子电池正极材料之一。其中，层状LiMnO2理论容量高达285mAh?g-1，满足高电压、高比容量正极材料的要求，已成为当下研究热点。但目前制备层状锰酸锂的报道存在制备方法单一、原料消耗大、电化学性能较差等缺点，限制了其研究进展。
　　本文主要研究层状锰酸锂的合成及改性，包括制备纯相LiMnO2和LiMnO2/C复合材料。本实验通过使用简单的锰源(MnO2、Mn(AC)2?4H2O)和锂源(LiOH?H2O)在EDTA-2Na的辅助下经动态水热制备得到纯相LiMnO2。更进一步地通过与碳材料复合改性来优化原始o-LiMnO2较差的电化学性能。
　　本论文的工作主要包括两个部分：
　　1.动态水热法制备层状锰酸锂的条件控制与性能研究。通过对各反应条件的前期研究，本实验最终选用Li/Mn=5∶1、碱浓度为3M，经动态水热法(200℃、3h、100rpm)在EDTA-2Na辅助下一步合成得到纯相o-LiMnO2，并研究了EDTA-2Na浓度、水热温度、水热时间和搅拌速率对其生成产物纯度的影响。这里，EDTA-2Na既是螯合剂又是还原剂，可有效防止反应体系中残余氧对锰源的氧化影响，搅拌使得原料接触更加充分，增强反应动力学，使得反应在较短时间内完成。研究表明随着EDTA-2Na的浓度升高，富锂相Li2MnO3被抑制得越显著，当浓度到达0.15M时，即可得到纯相o-LiMnO2。同时，合适的反应温度是获得纯相o-LiMnO2的关键。电化学性能测试表明，合成的o-LiMnO2产物在0.1C下的最大放电比容量为166.1mAh?g-1。50周循环后，放电比容量为145mAh?g-1，容量保持率为87%。
　　2.不同碳材料及含量改性对层状锰酸锂复合材料电化学性能的影响。使用动态水热法将不同类型碳材料通过原位复合的方式制得锰酸锂碳复合材料，根据恒电流间歇滴定技术(GITT)和其他电化学性能测试系统地研究添加碳材料对充放电过程中活性物质相变和o-LiMnO2电化学性能的影响。电化学性能测试表明CNT-LMO复合材料具有优异的循环性能和倍率性能。通过电化学阻抗和GITT测试分析，CNT三维导电网络的存在显著提高了活性材料的电子电导率，同时经过长循环后，循环中不同电位锂离子的扩散系数基本与循环前相当，而未经改性的LMO由于循环后材料的不可逆相变导致部分电位锂离子扩散系数衰减严重。这种现象可以解释为导电网络的存在使得CNT-LMO在循环过程中类尖晶石型LiMn2O4与四方Li2Mn2O4之间的相变可逆性提升，从而缓解了由Jahn-Teller效应带来的不可逆相变影响。相较于未改性o-LiMnO2，5%CNT-LMO复合材料的放电比容量提升了约40%，循环性能和倍率性能也得到了大幅度的改善。