尖晶石LiMn2O4容量衰减的原因及性能改进

分析了尖晶石LiMn2O4容量衰减的原因:Jahn-Teller效应、Mn的溶解、有机电解液的分解、Li和Mn的错位、自放电及不稳定的两相结构等.从合成方法、掺杂及表面修饰等角度,介绍了抑制尖晶石LiMn2O4容量衰减和提高循环性能的方法.     

锂离子电池材料LiMn2O4的制备与改性研究

尖晶石LiMn2O4被认为是最有发展前景的锂离子电池正极材料,但其高温容量衰减和循环性能差却是制约其商品化的主要原因。介绍了LiMn2O4的结构和电化学性能,综述了锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备方法与改性研究。许多研究表明,在优化合成条件的基础上,通过掺杂和表面修饰可以改善其高温性能。     

尖晶石型LiMn2O4高温失效机制及解决方法

尖晶石型LiMn2O4在高温下的容量衰减是阻止其商品化的重要原因.国内外研究结果表明,导致高温下电化学性能失效的原因是多方面的.电解液中微量水的存在会导致LiPF6的分解而产生HF,由此造成Mn溶解.碳阳极表面形成的SEI钝化层会导致锂离子蓄电池体系中锂的损失.此外Jahn-Teller效应和高温下LiMn2O4结构的变化也会导致LiMn2O4高温容量损失.通过对高温失效机制的分析,提出了通过减小尖晶石比表面积、表面修饰改性来减小电解液的分解、在电解液中添加合适添加剂来中和HF、通过阴阳离子掺杂来稳定尖晶石的结构和阻止Jahn-Teller效应的方法来改善尖晶石高温性能的方法.     

LiMn2O4的Jahn-Teller效应研究

尖晶石LiMn2O4是很有发展前途的锂离子电池正极材料,但它在循环过程中存在着容量衰减的问题,其中Jahn-Teller效应是锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4在应用中容量衰减的难点。对溶胶凝胶法制备的尖晶石LiMn2O4,及其阳离子掺杂LiMxMn2-xO4(M=Li,Ni-Co)正极材料进行了表面改性(包覆MgO),利用x射线衍射、晶格参数和｜Mn4 ｜/｜Mn3 ｜比值等参数研究了尖晶石LiMn2O4的Jahn-Teller效应。结果表明:表面改性后的正极材料Li1.05Mn1.9Co0.05Ni0.05O4循环性能明显增强,Jahn-Teller效应得到了有效抑制。     

尖晶石LiMn2O4高温电化学性能研究

利用高温固相反应合成了锂离子蓄电池正极材料尖晶石LiMn2 O4 ,研究了在高温 5 5℃下LiMn2 O4 循环容量的衰减和贮存后电化学性能的变化。与常温下相比较 ,5 5℃下尖晶石的容量衰减显著加快 ,贮存后的LiMn2 O4 循环性能变差。改变合成工艺条件如合成温度、n(Li)∶n(Mn)比 ,LiMn2 O4 的高温电化学性能有所改善 ,掺杂金属Co元素合成尖晶石掺Co化合物也能够提高LiMn2 O4 在高温下的循环性能 ,通过测量LiMn2 O4 在高温下电解液中的溶解 ,分析了容量衰减的机理。     

尖晶石LiMn2O4表面改性研究进展

价格适中、贮量丰富且对环境污染少的LiMn2O4作为未来锂离子电池正极材料的基材,一直是人们研究的热点。但高温下与循环中容量衰减的问题,是制约它商品化的最重要因素。详细阐述了近年来有关尖晶石LiMn2O4容量衰减的机理;介绍了国内外在LiMn2O4正极材料表面修饰改性方面采用的各种方法以及取得的成果。     

LiMn2O4的容量衰减机理和结构稳定方法

综述了近年来在尖晶石锂锰氧化物的容量衰减机理和结构稳定性方面的研究进展。研究表明：电解液的分解、John-Teller效应、Mn在电解液中的溶出是LiMn2O4容量衰减的主要原因。介绍了提高尖晶石LiMn2O4结构稳定性的方法,其中最有效的方法是在LiMn2O4中掺入Co、Cr、Ni、Cu、Al、F等元素和在LiMn2O4表面包覆LiCoO2,B2O3,Al2O3,SiO2等。     

控制结晶法合成表面富含钴的尖晶石LiMn2-xCoxO4

为了解决尖晶石LiMn2O4在高温下的容量衰减问题,制备出了表面富含钴的尖晶石LiMn2-xCoxO4。采用控制结晶工艺在Mn3O4颗粒表面包覆一层β Co(OH)2,以包覆Co(OH)2的Mn3O4为前驱体,与LiOH·H2O混合,在750℃下反应20h,合成表面富含钴的LiMn2-xCoxO4。X射线衍射分析表明,合成的LiMn2-xCoxO4为尖晶石结构,没有杂相。扫描电镜和能量散射光谱(EDS)的分析结果表明,该尖晶石LiMn2-xCoxO4为类球形,而且表面富含钴。这种表面富含钴的尖晶石LiMn2-xCoxO4在高温下仍然具有良好的电化学性能,在55℃下其首次放电比容量为101mAh·g-1,15次充放电循环之后,仍保持初始放电容量的99%。而尖晶石LiMn2O4在15次循环后,仅能保持初始放电容量的82%。     

锂离子蓄电池锂锰氧化物正极活性材料

综述了锂离子蓄电池正极活性材料锂锰氧化物目前的研究进展。介绍了国内外有关尖晶石LiMn2O4、无定形二氧化锰、层状m-LiMnO2和盐岩o-LiMnO2的研究工作。掺杂和表面处理是提高尖晶石LiMn2O4电化学性能的主要手段。无定形二氧化锰、层状m-LiMnO2和岩盐o-LiMnO2具有比尖晶石LiMn2O4更高的比容量,但有放电电压低和循环性能差的缺点。掺杂、表面处理和合成短程有序、长程无序的岩盐o-LiMnO2将成为今后锂锰氧化物材料的研究发展方向。     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的研究现状

从材料的合成方法、高温贮存和循环性能衰退机制和高温循环性能的改善等几个方面对近年来国内外有关尖晶石型LiMn2 O4材料的研究作了综述。烧结温度、冷却速度和合成气氛对高温固相反应产物的性能影响很大 ;低温合成方法具有很多优点。LiMn2 O4材料中锰元素的溶解流失及其引起的结构变化和高电压下电解液的分解是容量衰减的主要原因。对LiMn2 O4材料的内部结构和表面进行修饰可以改善其循环性能。     

化学镀镍包覆提高尖晶石LiMn2O4的高温性能

尖晶石LiMn2O4是最有希望代替钴酸锂的锂离子蓄电池正极材料,高温下容量衰减严重是其得以广泛应用的瓶颈。采用化学镀镍包覆方法对尖晶石LiMn2O4进行了表面改性。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对改性后的尖晶石表面进行了研究。电化学测试结果表明化学镀镍包覆方法能大幅度提高Li-LiMn2O4电池的高温性能。     

锰酸锂充放电过程中的化学变化

为了考察LiMn2O4锂离子蓄电池正极材料在充放电过程中的化学变化,采用高温固相法制备了尖晶石型LiMn2O4,并对其电化学性能进行了表征,利用X射线衍射分析的结果,结合Li-Mn-O相图,对LiMn2O4在多次循环充放电所发生的相变进行了研究。实验结果表明,其首次放电比容量为123 mAh/g,循环200次后的放电比容量为107 mAh/g;LiMn2O4发生歧化反应,以及在LiMn2O4微粒表面形成的Li2Mn2O4进一步转化成无电化学活性的Li2MnO3,这两种相变都会导致电池的不可逆容量损失。     

Al2O3包覆LiMn2O4阴极材料的动力学研究

在尖晶石LiMn2O4颗粒表面包覆Al2O3,获得结构稳定、循环性能优异的锂离子蓄电池阴极材料。采用X射线衍射研究材料晶体结构,通过恒流充放电、循环伏安和交流阻抗(EIS)来研究锂离子在材料中脱嵌和嵌入的动力学机理。电极材料包覆Al2O3以后,交流阻抗图谱上显示有两个半圆和一条斜线,而未包覆的LiMn2O4只有一个半圆和一条斜线。这表明经过Al2O3包覆后,LiMn2O4活性材料与电解液的直接接触被隔断。相应的等效电路也给出,以评估反应动力学。     

添加剂对LiMn2O4锂离子电池性能的影响

采用商品化的LiMn2O4和石墨作为正负极材料制作锰酸锂动力电池,并利用XRD、SEM等分析手段表征了LiMn2O4原料。研究了MgO,LiF和Li2CO3添加剂对电池性能的影响。研究发现,添加2%wt的LiF能够有效地提高LiMn2O4的放电比容量和循环性能,放电比容量最高达到107.5mAh/g,100次循环后电池容量保持率为最高为93%,而纯LiMn2O4的放电比容量只有105 mAh/g,100次循环容量保持率为91.1%。研究认为,添加剂能够有效地降低电解液中的HF的含量,并且能够增强正负极表面SEI膜的致密性,减少正极材料和电解液的接触面积,进而改善了锰酸锂电池的电化学性能。     

载体转移工艺制备TiO2包覆的LiMn2O4

采用载体转移工艺制备TiO2包覆的LiMn2O4.通过XRD、SEM和电化学性能测试,研究载体转移工艺对产物的影响.TiO2与载体C的质量比为3:7、在500℃下焙烧6 h所制备的包覆材料电化学性能较好,以50 mA/g的电流在3.5～4.3 V充放电,首次放电比容量为111.5 mAh/g,高于纯LiMn2O4的10...     

表面包覆尖晶石型LiMn2O4电化学性能研究

介绍了用软化学法制备表面包覆有LiCoxMn2-xO4的尖晶石型LiMn2O4,以及用循环伏安、恒流充放电和电位衰减方法试验了包覆前后样品的电化学性质。试验结果表明：包覆样品比未包覆的初始容量低;经50次循环后,未包覆样品的容降为56．2％,而表面包覆样品的容降则为33.5％,而且,包覆样品在电解液中的化学稳定性明显比未包覆样品高。结果还表明：表面层LiCoxMn2-xO4的存在减少了LiMn2O4在电解液中的溶解,提高了尖晶石型LiMn2O4的循环稳定性。