錳酸鋰的制備及其電化學(xué)性能.pdf

1、錳酸鋰具有安全性高、成本低、無(wú)毒、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有希望取代LiCoO2應(yīng)用于大功率用電設(shè)備的鋰離子電池正極材料。因此，對(duì)于錳酸鋰制備及應(yīng)用的研究引起了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。本論文選取錳酸鋰為研究對(duì)象，對(duì)該系列材料的制備方法、工藝條件進(jìn)行了探索研究，并初步測(cè)試了其在Li2SO4水溶液電解液中的電化學(xué)性能。
　　首先采用水熱甲醇還原反應(yīng)法制備出層狀o-LiMnO2亞微米棒。該制備過(guò)程分兩步進(jìn)行:第一步是通過(guò)KMnO4與乙

2、二胺的水熱反應(yīng)合成MnOOH亞微米棒前驅(qū)體（含有少量Mn3O4雜質(zhì)相）;第二步是o-LiMnO2亞微米棒的制備。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定前驅(qū)體的最佳制備條件為:n(乙二胺)/n(KMnO4)=2，120℃水熱反應(yīng)12小時(shí)。XRD結(jié)果表明，在第二步中前驅(qū)體易被氧化形成雜質(zhì)相Li0.2Mn2O4。對(duì)第二步的探索實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)LiOH的濃度為3 mol/L、V(甲醇)/V(H2O)=5時(shí)，對(duì)o-LiMnO2相的生成最為有利。在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了o

3、-LiMnO2亞微米棒的形成過(guò)程。材料的電化學(xué)性能分析表明，層狀o-LiMnO2在首次循環(huán)就已發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變形成類尖晶石型LiMn2O4。
　　繼而采用醋酸溶膠-凝膠法成功地制備了高純度、高結(jié)晶度的尖晶石型LiMn2O4。通過(guò)TG、XRD、FTIR和Raman分析，確定了材料的制備工藝條件:煅燒溫度為600～800℃，煅燒時(shí)間僅需2小時(shí)。通過(guò)SEM和電化學(xué)測(cè)試對(duì)650℃下制備的典型樣品的形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行了分析，結(jié)果表明樣品的晶粒

4、尺寸為亞微米級(jí)，LiMn2O4電極在充放電過(guò)程中表現(xiàn)出良好的可逆性和較好的大電流放電性能。
　　最后采用改進(jìn)的固相反應(yīng)法制備出了LiMn2O4亞微米棒，并考察了煅燒溫度和煅燒時(shí)間對(duì)最終產(chǎn)物的影響。結(jié)果表明提高煅燒溫度和延長(zhǎng)煅燒時(shí)間均有利于提高LiMn2O4材料的純度和結(jié)晶度。采用此方法在700℃下煅燒8小時(shí)和900℃下煅燒3小時(shí)均得到了高純度的LiMn2O4亞微米棒，但700℃下得到的棒狀結(jié)構(gòu)直徑更小、尺寸分布更為均勻，其平均直徑