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。     

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。     

尖晶石LiMn2O4高温循环性能的改善

采用高温固相法合成尖晶石LiMn2O4,从掺杂Al3+稳定晶体结构和包覆抑制锰的溶解两方面来改善尖晶石LiMn2O4的高温电化学性能。实验表明,改善后的正极材料在高温50℃且0.5 C(C=120 mAh/g)下的首次放电比容量为93.3 mAh/g,循环50次后的放电比容量为82.8 mAh/g,比空白样品提高34.1 mAh/g,容量保持率达到88.7%,比空白样品提高39.8%。     

尖晶石相Li1+xMn2O4及LiAl0.1Mn1.9O4-yFy的循环性能

用高温固相法制备了尖晶石相Li1+xMn2O4及LiAl0.1Mn1.9O4-yFy锂离子电池正极材料.电性能测试表明,Al、F共掺杂能提高LiMn2O4的容量.LiAl0.1 Mn1.9O4-yFy(y=0.05、0.10)常温下的初始容量分别为104.4 mAh/g和105.3mAh/g,高于Li1+xMn2O4;100次循环后,容量仍高于Li1+xMn2O4.Li1+xMn2O4(x=0.05、0.06和0.07)的高温(55℃)循环性能较好,100次循环后,容量衰减率分别为24.02%、21.78%和22.23%,除Li1.04Mn2O4(x=0.04)外,均低于LiAl0.1Mn1.9O4-yFy.阴离子的掺杂提高了材料的容量,阳离子掺杂抑制了Jahn-Teller效应,增强了尖晶石结构的稳定性,提高了材料的循环性能.     

LiMn2O4在聚合物锂离子蓄电池中的高温性能

在电解液中的溶解是尖晶石LiMn2O4高温不可逆容量损失的主要原因。聚合物锂离子蓄电池结构特点及聚合物材料与电解液相互作用可以影响高温下尖晶石LiMn2O4在电解液中的溶解及扩散行为,降低尖晶石LiMn2O4的不可逆容量损失。使用尖晶石LiMn2O4为正极活性材料,利用厦门大学宝龙电池研究所聚合物锂离子蓄电池中试生产线,在特定的工艺条件下制备容量为600mAh的实验电池。实验表明,在聚合物锂离子蓄电池中LiMn2O4材料高温稳定性明显改善,实验电池在常温下循环200次,容量保持率在80%以上;55℃下循环30次,容量保持率超过92%;70℃下循环10次,容量保持率达到96%。     

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。     

提高尖晶石liMn2O4循环性能的研究

通过表面修饰改善尖晶石LiMn2O4的高温循环性能是非常有效的技术手段之一。采取极片整体修饰的方法,将N-乙烯吡咯烷酮-丙烯腈-丙烯酰胺三元共聚物,溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)后与导电剂乙炔黑混合后在极片表面延流成膜。测试了修饰电极的充放电以及在常温和高温条件下的循环性能,并进行了循环伏安分析。其结果表明经修饰处理后的LiMn2O4电极显示了较好的循环稳定性,但首次充放电存在充放电平台不明显和容量偏低的现象。通过对LiMn2O4电极修饰前后进行的光电子能谱(XPS)分析,可以观察到锰离子的电子结合能发生了明显的变化,表明聚合物与极片中的活性物质之间存在相互作用。     

LiMn2O4/LiCoO2共混对锂离子电池性能的影响

将LiMn2O4和LiCoO2在强力混合机中混合均匀,获得均匀的共混正极材料。通过电化学测试研究了LiMn2O4/LiCoO2两种电极材料混合比例对锂离子电池循环性能的影响,并比较了LiMn2O4与LiCoO2混合前后在常温和高温环境下循环性能的差异。实验结果表明:在LiMn2O4与LiCoO2共混后制得的锂离子电池在常温和高温环境下都具有良好的循环性能。     

尖晶石型锂锰氧化物正极材料的研究进展

概述了尖晶石锂锰氧化物的合成技术和电化学性能改进两方面的研究进展,并介绍了国内外有关尖晶石LiMn2O4的研究工作。对高温反应而言,包括高温固相反应法、熔融浸渍法、微波烧结法及其他改进的方法;在低温反应方法中,主要讨论了溶胶凝胶法、共沉淀法及乳化干燥法等。对尖晶石锂锰氧化物的各种制备方法中存在的优缺点进行了比较和评述。从比容量、循环性能及高温性能三个方面对尖晶石的电化学性能进行了综述。提高比容量,改善循环性能,尤其是高温下的循环性能将是今后LiMn2O4研究的发展方向。     

烧结温度对LiMn2O4结构和性能的影响

采用己二酸辅助溶胶-凝胶法在350～900℃制备了一系列LiMn2O4样品。运用SEM和XRD分析技术研究了不同烧结温度对LiMn2O4结构的影响。结果表明:烧结温度对LiMn2O4正极材料的晶相结构、电化学性能有显著影响,LiMn2O4正极材料晶粒的生成和长大的控制步骤为其合成的温度,材料合成的最佳温度为800℃。在800℃条件下合成的LiMn2O4具有较高的电化学活性和较好的晶相结构,首次放电比容量超过130mAh·g-1,40次循环后,放电容量保持率仍在85%以上。高温合成有利于提高LiMn2O4正极材料的放电容量,低温合成有利于提高其循环性能。     

LiMn2O4在锂离子蓄电池中的电化学性能

论述了LiMn2O4材料的合成工艺对电化学性能的影响,最佳合成条件下的初放电容量可达到120mAh/g。将尖晶石型LiMn2O4材料作为正极活性材料制成18650型锂离子蓄电池,电化学测试表明电池的初放容量达到1.2Ah。对正极组分(活性物质,导电剂,粘结剂)的不同配比及电极制备工艺进行优化设计,电池在常温下以0.5A电流充放电可达500次循环,荷电态月平均自放率为9.2%。     

F-掺杂LiMn2O4的结构及高温性能

采用溶胶-凝胶法合成了掺杂F-的LiMn2O4。通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)对掺杂F-的LiMn2O4材料的组成、结构、微观形貌等进行了分析与表征,用恒电流充放电测试了不同F-掺杂量的LiMn2O4在高温(55℃)下的电化学性能。XRD结果表明:在一定的掺杂范围内,所合成的材料具有良好的晶型,且为尖晶石立方结构。电化学测试结果表明:F-的掺杂提高了材料的比容量,增强了材料的稳定性,改善了其在高温下的循环性能,但降低了其在高温下的储存性能。     

长寿命软包装钛酸锂/锰酸锂锂离子电池性能

以钛酸锂为负极、锰酸锂为正极制作了软包装锂离子电池,分析了钛酸锂/锰酸锂电池在充放电过程中产生的气体成分,研究了影响钛酸锂电池胀气的因素,如钛酸锂材料、电解质溶液酸度、电解质溶液添加剂等。进一步开发出性能优越的35 Ah软包装钛酸锂/锰酸锂电池,该电池常温1 C循环3 000次后容量保持87%,高温55℃、1 C、1 300次循环后仍能保持85%的初始容量,并具有良好的倍率性能和搁置性能。     

高倍率LiMn_2O_4锂离子电池的制作与性能

采用商品化的LiMn2O4和石墨作为正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。研究了不同面密度和导电剂含量对锰酸锂电池倍率性能的影响。研究发现,锰酸锂电池的倍率性能随着面密度的减小而改善,随着导电剂含量的增加先改善后变差。当正极面密度未2.5 g/dm2,导电剂含量为3%时电池的倍率性能最好。20 C放电容量为1 C的94.1%,1C充电5 C放电,100次循环后容量保持率为92%。     

简易评价LiMn2O4系材料在电解液中化学稳定性

元素Mn在电解液中的溶出造成的容量损失是尖晶石锂锰氧化物系列材料容量衰减的主要原因之一。在电解液中的化学稳定性是评价尖晶石锂锰氧化物系列材料或锂离子蓄电池电解质性能的重要指标之一。通过测量尖晶石锂锰氧化物系列材料粉末微电极在电解液中的开路电位随贮存时间的变化,估算出其在电解液中的相对平均溶解速率来评价LiMn2O4系列材料在电解液中的化学稳定性。该方法具有测试设备简单、测试过程简便快捷、结果可靠的特点。     

AA 型 TAG-LiMn_2O_4 锂离子蓄电池

用Ｌｉ２ＣＯ３和ＥＭＤ高温合成得到的尖晶石（ＬｉＭｎ２Ｏ４）作阴极活性材料,与Ｌｉ配对做成试验电池,充电容量达１３０ｍＡｈ／ｇ,放电容量为１１０ｍＡｈ／ｇ,显示ＬｉＭｎ２Ｏ４有较好的充放电性能。对热解苯碳（ＰｙＣ）、处理的人造石墨（ＴＡＧ）、天然石墨（ＮＧ）和玻璃碳（ＧＣ）进行研究,发现ＴＡＧ有较好的充放电性能。用ＬｉＭｎ２Ｏ４做阴极活性材料,ＴＡＧ做阳极活性材料,组装成ＡＡ型锂离子蓄电池,初始放电容量为５４０ｍＡｈ,以０．２Ｃ（１００ｍＡ）恒流放电,６０ｍＡ恒流充电,电池循环寿命已达２００次。     

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。     

锂离子蓄电池热稳定性的机理

研究了18650型锂离子蓄电池及其组分的热稳定性。热箱实验证明LiMn2O4组装的电池,比LiCoO2和包埋-LiNiO2组装的电池安全性好。通过X射线衍射光谱法(XRD)和差示扫描量热法(DSC)进一步确定在升温过程中正极/负极材料的热量释放过程和差异。结果表明,LiCoO2和包埋-LiNiO2组装的电池热失控主要是由正极的分解及其和电解液反应的放热造成;而LiMn2O4电池爆炸的主要原因是高温下石墨嵌锂和金属锂沉积与聚偏氟乙烯(PVDF)、电解液之间的反应。