尖晶石LiMn2O4表面改性的研究与新进展

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。笔者详细阐述了近年来有关尖晶石LiMn2O4容量衰减机理和表面改性的研究与最新进展。     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的改性研究

为改善尖晶石LiMn2O4的循环性能，采用高温固相法合成了由Li2CO3改性的尖晶石锂锰氧化物，研究了Li2CO3添加量对LiMn2O4性能的影响。通过XRD，Rietveld精细XRD分析和模拟电池等方法对产物的结构和电化学性能进行了表征与测试。结果表明，部分Li进入到尖晶石LiMn2O4的晶格中，增强了材料充放电循环过程中的结构稳定性。随着Li2CO3量的增加，产物的循环稳定性增加。当Li2CO3的加入量为0．06摩尔比时，10次循环后的高温容量衰减由改性前的15％降低到6．8％。     

尖晶石LiMn2O4的表面修饰改性

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。介绍了几种容量衰减机理:Mn的溶解,Jahn Teller效应以及氧的缺陷。表面修饰是1种抑制尖晶石LiMn2O4容量衰减的有效方法。还介绍了几种表面修饰尖晶石LiMn2O4的方法:锂硼氧化物玻璃(LBO)包覆,碳酸盐包覆,乙酰丙酮包覆,LiCoO2包覆,金属氧化物包覆。其中用Li CoO2包覆的方法具有优异的效果。     

不同铝盐对LiMn2O4改性材料性能的影响

采用铝盐与尖晶石LiMn2O4的高温固相反应,制备出改性的尖晶石锂锰氧化物材料。对材料进行了XRD和SEM分析及电性能等测试。结果表明:改性材料均基本保持了尖晶石主体结构;材料表面形貌与铝盐阴离子根极性强弱有关,改性前的LiMn2O4在50℃下10次循环后,容量衰减率为24.4%,而由铝盐酸性后材料的在8.3%~16%,其中草酸铝对材料高温循环性能改善最为明显。     

锂离子电池正极材料LiMn2O4的研究现状

尖晶石相LiMn2O4具有价格低、无毒、制备简单等特点,因此有着很好的应用前景,被看作最有可能成为新一代商用锂离子电池的正极材料。文章简要介绍了锂离子电池正极材料LiMn2O4的研究现状,主要包括材料的各种制备技术、当前LiMn2O4材料研究存在的主要问题及抑制其容量衰减的解决方案。     

尖晶石LiMn2O4表面包覆氧化钴的研究

采用高温固相法合成尖晶石LiMn2O4,并以化学沉积方式对其进行包覆氧化钴的表面处理。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等技术对表面处理前后的LiMn2O4进行表征,分析了表面处理后LiMn2O4物理特性的变化,并结合电化学性能测试,研究了表面处理及其工艺和条件对LiMn2O4电化学容量与循环性能的影响。结果表明,表面处理后LiMn2O4循环性能显著提高。随氧化物含量的增加,循环性能提高,容量降低。未经表面包覆的LiMn2O4首次充放电容量为108．13mAh／g,50次循环充放电后容量衰减26．3％。500℃加热处理的表面包覆0．5％、2％氧化钴的LiMn2O4首次循环放电容量各为118．38mAh／g、115mAh／g,经过50次充放电循环后,容量分别降低8％、7％。     

掺Co3+和Li+的LiMn2O4晶体结构和电化学性能研究

以尖晶石LiMn2O4，Li2CO3和Co3O4为原料，采用固相烧结法合成了尖晶石锰酸锂的改性产物。X射线粉末衍射分析表叫，改性产物保持了LiMn2O4的立方尖晶石结构。采用Rietveld方法进行结构精修表明，掺杂元素进入了晶胞中的16d位置，改性产物结构分子式可写成[Li]s4[Mn2-x Lix/4Co3x/4]16a[O4]32e。随着钻和锂掺杂量的增加，产物16d位置中更多的锰被取代，锰离了平均价态逐渐升高，锰和氧的结合键能增加，键长下降，晶格参数减小。电性能测试表明，锰酸锂掺杂钴、锂后，循环稳定性提高，比容量稍有降低。当锂、钴掺杂量为锰酸锂的0．025倍时．综合性能最佳。     

反应球磨合成尖晶石LiMn_2O_4及其电化学性能

以KMnO4、MnSO4·H2O和LiOH·H2O为原料,采用反应球磨法合成了LiMn2O4。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对产物的结构和表面形貌进行表征。结果表明,反应球磨后生成了LiMn2O4、Li2SO4·H2O和KLiSO4,水洗后的产物为尖晶石LiMn2O4,但结晶度不高;经800℃保温30 min后LiMn2O4晶型完整,颗粒细小,粒径分布均匀,平均粒径为500 nm左右。电化学测试结果表明,LiMn2O4在0.2、0.5、1、3 C下的首次充放电比容量分别为115.8、107.0、105.5、98.2 mA.h/g。材料循环性能良好,10次循环后容量衰减仅3.2%。     

合成条件对锂离子正极材料LiMn2O4电性能影响

利用实验室自制的Mn(OH)2沉淀,采用改性的固相法合成尖晶石LiMn2O4,,并且系统地研究了温度、锂配比量和升温速率对LiMn2O4电性能的影响.通过对材料进行扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射光谱(XRD)分析以及电性能测试,结果表明:合成出的物质为标准的尖晶石结构,衍射峰与标准的LiMn2O4结构完全对应,为...     

掺钴对尖晶石型LiMn_2O_4正极材料性能影响

采用固相合成法制备了锂离子电池正极材料用尖晶石型LiMn2O4正极材料,并通过加入Co对材料进行了掺杂改性研究;用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了材料的晶体结构和微观形貌,充放电循环实验对材料的电化学性能进行了测试。结果表明:纯相尖晶石型LiMn2O4初始放电比容量为118.91 mA.h/g,循环25次后放电比容量为107.03mA.h/g,比容量保持率为90.01%;掺杂Co的材料同样具有尖晶石型结构,初始放电比容量略有降低,但循环性能有明显改善,掺Co改性样品Li1.05Co0.04Mn1.96O4的初始放电比容量为114.55mA.h/g,25次充放电循环后,放电比容量为105.76mA.h/g,比容量保持率为92.33%。     

Spinel Phases LiRExMn2-xO4(RE=Nd,Ce) as Cathode for Rechargeable Lithium Batteries

Ｆｏｒｔｈｅｐａｓｔｔｅｎｙｅａｒｓ,ｔｈｅｓｐｉｎｅｌＬｉＭｎ2Ｏ4ｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙａｓａｐｏｓｉｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅｌｉｔｈｉｕｍａｎｄｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｃｅｌｌｓ,ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｙａｒｅｃｈｅａｐｅｒ,ｌｅｓｓｔｏｘｉｃａｎｄｍｏｒｅｅａｓｉｌｙｐｒｅｐａｒｅｄｔｈａｎｏｔｈｅｒｃａｎｄｉｄａｔｅｓＬｉＣｏＯ2ａｎｄＬｉＮｉＯ2.Ｕｎｆｏｒｔｕｎａｔｅｌｙ,ｉｔｓｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ…     

Influence of Doping Rare Earth on Performance of Lithium Manganese Oxide Spinels as Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries

The cathode material plays an important role inthe performance of lithium ion batteries. Commerciallithium cells use lithium cobalt oxide cathodes and thehigh cost of this material has prompted the design andsynthesis of alternate insertion hosts. Among these al ternatives, spinel LiMn2O4 has been found to bepromising in terms of specific energy, non toxicity,and low cost[1~3]. It is thought that lithium man ganese oxides will be used in lithium ion batteries forel…     

一些金属阳离子的掺杂对尖晶石LiMn2O4的结构和电化学性质的影响

介绍了Co、Cr、Ni、Cu、Al 5种金属元素的掺杂对尖晶石LiMn2 O4 的结构和 4V区电化学性质的影响 :探讨了掺杂元素增加尖晶石锂锰氧化物 4V区循环稳定性的机理 ;减少了尖晶石在电解液中的溶解量 ;抑制了John Teller效应的发生 ;增加了键强度 ,使得尖晶石结构更加牢固。讨论了掺杂对尖晶石高电位 (>4 5V)区容量的影响 :掺杂后的尖晶石锂锰氧化物仍保持尖晶石结构 ,但与未掺杂的尖晶石锂锰氧化物相比 ,它的晶胞常数减小 ,晶胞体积收缩 ;锰元素的平均化合价升高 ;4V区的初始容量减小 ;循环稳定性明显增加。除Al外 ,Co、Cr、Ni、Cu掺杂后的尖晶石锂锰氧化物均在高电位区有一定的放电容量 ,且随掺杂量的增加而增加。     

以废旧锌锰电池为锰源制备锂离子电池正极材料LiMn_2O_4

采用湿法回收技术从废旧锌锰干电池中回收锰,并以此为锰源制备锂离子电池正极材料锰酸锂。用XRD、SEM对产物的结构和微观形貌进行表征,并对其电化学性能进行测试。结果表明,该工艺合成的产物为尖晶石型LiMn2O4,纯度高,粒径分布均匀,初始比容量可达119mAh/g,适合用作锂离子电池正极材料。     

合成条件对锂离子正极材料LiMn_2O_4电性能影响

利用实验室自制的Mn（OH）2沉淀,采用改性的固相法合成尖晶石LiMn2O4,并且系统地研究了温度、锂配比量和升温速率对LiMn2O4电性能的影响.通过对材料进行扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射光谱（XRD）分析以及电性能测试,结果表明：合成出的物质为标准的尖晶石结构,衍射峰与标准的LiMn2O4结构完全对应,为尖晶石结构;最佳合成条件：合成温度为830℃,Li/2Mn=1.05,升温速率为5℃/min.组装成AA电池后电池的首次循环性能都达到100 mAh/g.     

掺杂稀土元素对锂离子电池正极材料LiMn2O4的影响

尖晶石LiMn2O4作为锂离子电池最有潜力的正极材料已经成为研究的热点，但其在充放电过程中结构的不稳定制约了其应用。近年来，许多研究学者对LiMn2O4进行稀土掺杂，有效地提高了LiMn2O4材料的电化学性能和循环稳定性。文章综述了近几年在这方面的研究进展。     

超声辅助TiO2包覆尖晶石LiMn2O4及电化学性能研究

采用超声辅助溶液法在尖晶石LiMn2O4表面包覆TiO2.通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电、交流阻抗技术分析合成材料的结构、形貌及电化学性能.结果表明:TiO2包覆LiMn2O4与LiMn2O4具有相似的X射线衍射结果,衍射峰尖锐,样品颗粒大小均匀,无明显团聚.室温下0.2C充放电时,表面包覆1％TiO2的LiMn2O4首次放电比容量为123.51 mAh·g-1,略低于未包覆LiMn2O4的124.02 mAh·g-1,但在2C和4C高倍率时,表面包覆1％TiO2的LiMn2O4比容量分别为105.54和80.73 mAh·g-1,远高于未包覆的79.76和66.37 mAh·g -1.室温及55℃下以0.2C倍率循环50后,表面包覆1％ TiO2的LiMn2O4容量保持率分别为91.69％和87.36％,远高于未包覆LiMn2O4的86.58％和78.02％.室温下以1C倍率循环100次后,表面包覆1％ TiO2的容量保持率比未包覆LiMn2O4高出3.75％.表面包覆TiO2后LiMn2O4的循环性能得到了大大的提高,尤其是高温循环性能.     

溶胶-凝胶-酯化法制备锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4

本文简要介绍溶胶-凝胶-酯化法制备锂离子电池正极材料锰酸锂LiMn2O4的基本原理。以硝酸锰和自制硝酸锂为原料,柠檬酸为螯合剂,乙二醇为溶剂,经过成胶、酯化和煅烧反应合成产物。用化学分析和X射线衍射技术对产物进行了表征,结果表明合成产物为纯相LiMn2O4尖晶石。     

尖晶石型锰酸锂性能改善方法

尖晶石型锰酸锂是非常有发展前景的锂电正极材料,叙述了改善尖晶石型锰酸锂电化学性能及加工性能的方法,包括优化其粒度分布、降低杂质含量、控制一次晶粒及整体颗粒形貌、元素掺杂、表面改性以及制备方法优化等。     

Influence of Sc3+ on LiMn2O4 cathode materials at elevated temperature

Sc3 -doped lithium manganese oxides were synthesized by solid-state reaction. The influences of doping element on structure,mean valence of manganese, and electrochemical performances were studied by X-ray diffraction (XRD), galvanostatic charge-discharge and cyclic voltammetric tests, and also electrochemical impedance spectroscopy (EIS). XRD tests showed that doped lithium manganese oxides were pure spinel structure without other phases. Redox titration and visible spectrophotometry tests indicated that the mean valence of man-ganese in doped lithium manganese oxides was higher than that of pure one. LiSc0.02Mn1.98O4 remained 92.9% of the initial specific discharge capacity after 50th cycle at a constant current of 50 m/g, and the reversibility of LiSc0.02Mn1.98O4 was improved in comparison with pure LiMn2O4 at 50 ℃. EIS indicated that film deposition on spinel particles was suppressed because of Sc3 doping, and the charge transfer be-tween the surface film and spinel particles with increasing temperature for Sc3 -doped materials became easier as compared with undoped one.