三維導電正極材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、尖晶石型LiMn2O4由于具有原材料貯藏量豐富、成本低廉、易于合成、工作電壓高、環(huán)境友好等優(yōu)點,成為安全的動力鋰離子電池正極材料候選者。但是,傳統(tǒng)固相法制備的尖晶石LiMn2O4在循環(huán)過程中由于固有晶格畸變、溶解所引起的容量衰減較明顯,特別是在高溫環(huán)境或大電流充放電條件下,其容量衰減迅速,嚴重阻礙其應用。本文通過應用聚合物相轉化法制備了本征態(tài)和鋁元素摻雜的尖晶石型LiMn2O4活性材料,利用掃描電鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)分別

2、表征了其形貌和晶體結構;通過CV、恒電流充放電測試等手段研究了其處于不同電壓、電解質和溫度下的電化學性能,討論了其結構和性能之間的關系。主要研究內容如下:
　　1.采用聚合物PMMA的相轉化法制備了具有三維骨架、孔洞相互連接的本征態(tài)LiMn2O4,優(yōu)化了制備條件,研究了其電化學性能。結果表明,其在有機電解液體系中0.2、1、2和4C的首次放電容量分別為124、114、87和60mAh·g-1,電極本體中鋰離子擴散系數(shù)值達到10-9

3、cm2·s-1量級;初步研究了此法制備的LiMn2O4在水性電解液體系中的電化學行為,確定了最佳充放電體系。其在1M Li2SO4溶液中以0.5和1C充放電時,首次放電分別為108和87mAh·g-1;分別循環(huán)20和50次后,其容量保持率分別為88％和50%。
　　2.采用相轉化法制備了具有三維孔洞結構的摻雜Al改性的尖晶石型LiMn2O4,通過比較不同摻雜量、保溫時間,確定LiAl0.1Mn1.9O4為最佳產品。結果表明,在有機

4、電解液體系中,在3.0-4.3 V范圍內,其0.2、1、2、4、8和10C的首次放電容量分別為135.6、131.2、116.8、106.1、91.6和70.2mAh·g-1;在2.5-4.3V循環(huán)后再經3.0-4.3V循環(huán),0.2C容量恢復到120mAh·g-1左右。55℃時1C循環(huán)50次后其容量保持率為87.5%,比未摻雜樣品的57.4%要好得多。在水性電解液體系中,其1C放電容量為127.5mAh·g-1,40C為62.4mAh·

5、g-1,大倍率以后再經1C放電可恢復至126mAh·g-1,快充慢放條件下,其容量仍可達60mAh·g-1,充放電效率達97%。
　　3.采用PMMA微球膠晶模板制備了三維大孔LiMn2O4,其在有機電解液中0.2、1、2、4和5C的初始放電容量分別是113.1、106.1、91.6、80.8和59.8mAh·g-1。另外,采用相轉化法制備了 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2,初步研究了其在有機和水性電解液體系中電化學性