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.     

高温下LiMn2O4的容量衰减及对策

LiMn2O4尖晶石材料在高温贮存和循环过程中的容量衰减问题是其大规模工业化应用的主要障碍.容量衰减的主要原因是锰的溶解及其伴随的材料结构的变化、钝化膜的形成,Jahn-Teller效应、及电解液的分解.高温性能的改进涉及电极/溶液界面的各个环节:体相掺杂、表面相掺杂、减小比表面、电解液组成优化、采用能够捕获质子作用的电解液添加剂、以及能够吸收氧气的电极材料添加剂等.     

新型水热改性方法抑制LiMn_2O_4正极材料Jahn-Teller效应

Jahn-Teller效应是LiMn2O4正极材料容量快速下降的重要原因之一,严重制约着其更广泛的商业应用。通过一种新的动态水热方法改性尖晶石LiMn2O4的表面,从而抑制其Jahn-Teller效应,提高电化学性能。通过对各种性能测试的分析,结果表明在LiMn2O4材料表面生成了LiNixMn-xO4固熔体,从而达到了抑制Jahn-Teller效应和提高循环性能的目的。     

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%。     

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。     

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。     

LiMn2O4正极循环性能的改善

用溶胶-凝胶法对LiMn2O4尖晶石进行表面修饰,对修饰后的尖晶石晶粒结构和性能进行了研究.结果表明该法可有效降低尖晶石中Mn在电解质中的溶解,对抑制Jahn-Teller效应有一定作用,提高了正极材料的高温循环性能.     

三氧化二铝包覆锂离子电池用尖晶石锰酸锂

用液相浸渍法在尖晶石LiMn2O4表面包覆Al2O3薄膜,对包覆后的尖晶石LiMn2O4进行理化性能及电化学性能分析.Al2O3包覆层减少了尖晶石LiMn2O4与电解液的直接接触,减少了电解液对正极材料的侵蚀,改善了LiMn2O4的循环性能.以1C在2.75～4.20 V循环250次,容量保持率由包覆前的85.3％提高到包覆后的90.7％.     

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。     

锂离子蓄电池LiMn2O4正极材料容量衰减机理分析

作为一种新型材料,锂离子蓄电池尖晶石LiMn2O4正极材料已经得到了广泛的应用,但容量衰减成为LiMn2O4商品化的主要障碍。从正极材料的溶解及相变化、电解液的分解、钝化膜的形成、过充电、集流体的腐蚀等方面介绍了影响LiMn2O4正极材料容量衰减的机理。提出了减少LiMn2O4正极材料容量衰减的几种方法,并对LiMn2O4正极材料的发展前景做出了展望。     

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。     

锂离子蓄电池正极材料LiMn2O4高温容量衰减解析

有关锂离子蓄电池正极材料LiMn2 O4的衰减机理的认识目前尚存在争议。通过对LiMn2 O4高温循环数据的解析 ,比较了两个电位平台容量衰减的相对速度。结果表明 ,放电过程中高电位平台容量的衰减速度快于低电位平台 ,而充电过程中低电位平台的衰减速度更快。循环过程中极化增大所导致的电位平台间的容量转移决定了两平台容量的相对衰减速度 ,极化增大与钝化膜的增厚、电解质的积累性氧化所引起的电导率下降有关。另外电解质的氧化也呈加速趋势 ,加快了高电位平台放电容量的衰减速度。几种掺杂材料在循环过程中容量衰减的相对速度与极化增加的相对快慢完全吻合 ,进一步印证了容量衰减与材料溶解、结构变化、钝化膜增厚之间的对应关系。     

控制结晶法制备球形锰酸锂的研究

采用控制结晶法制备出球形MnCO3前驱体,经预处理后得到多孔隙球形Mn2O3,与Li2CO3研磨混料,高温煅烧合成了结晶完整的球形尖晶石型LiMn2O4。比较了普通高温固相法与控制结晶法对锰酸锂电化学性能的影响,结果表明,后者制备得到的球形锰酸锂具有更高的可逆容量和更好的循环稳定性能。常温下,普通高温固相法合成的锰酸锂初始放电比容量为129.12mAh/g,100次循环后容量保持率仅77.38%。而准确化学计量的球形锰酸锂初始放电比容量为129.40mAh/g,100次循环后,容量保持率为95.28%;富锂球形锰酸锂首次放电比容量为116.28mAh/g,经150次充放电循环后,放电比容量为112.95mAh/g,容量衰减率为2.86%,平均每个循环仅衰减0.019%。锰酸锂的球形形貌愈完整,其电化学性能亦愈优越。     

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。