LiMn_2O_4正极材料阳离子掺杂的研究进展

LiMn2O4目前被认为最具有发展前景的锂离子电池正极材料,但其很多性能还不尽人意,对LiMn2O4掺杂其它元素是解决这些问题的最佳方法。本文综述了掺杂Li、Cr、Al、Co等元素对LiMn2O4性能的影响及其具有代表性的合成方法。     

复合法制备LiMn_2O_4及最优条件的确定

以Mn(NO_3)_2为锰源,LiOH为锂源,H_2O_2为氧化剂,采用复合法制备Li Mn_2O_4,对共沉淀、水热和煅烧三个过程进行考察。结果表明,制备LiMn_2O_4的优化条件为:H_2O_2用量1.5 m L,摩尔比n(Li/Mn)=3,水热温度为170℃,反应时间为10 h,在700℃煅烧10 h,获得的LiMn_2O_4前驱体具有最稳定结构,颗粒粒径在50 nm左右,经酸洗后得到离子筛,其吸附容量达32.4 mg/g。     

掺杂Zr~(4+)对LiMn_2O_4性能的影响

采用高温固相反应法,用ZrO2掺杂尖晶石L iMn2O4,制得了具有完整尖晶石结构的锂离子电池正极材料L iMn2-xZrxO4(x=0-0.02)。对材料进行了测试,试验结果表明,掺杂了微量Zr4+制得的正极材料,经100次充放电循环后材料比容量为102 mAh/g。采用不同充放电倍率进行充放电测试,随着充放电电流的增大,材料容量相应降低。     

锂离子电池正极材料LiMn_2O_4的改性研究进展

尖晶石型LiMn2O4由于其合成工艺条件简单、环境友好、原料价格低等诸多优点被认为是最具有应用前景的锂离子电池正材料,但其在较高的温度下循环稳定性能较差,容量衰减快,从而严重影响了其商业化应用。文章阐述了科研人员为了改善材料的容量衰减快、高温性能及大流充放电性能而采用的离子掺杂和表面包覆改性的研究进展。     

尖晶石型LiMn2O4的水热合成及其锂吸附性能

以Mn(NO3)2, LiOH和H2O2为原料,通过控制水热反应条件直接合成了尖晶石型LiMn2O4纳米线,经酸浸脱锂后得到对Li+具有特殊选择性吸附的离子筛. 用XRD, HRTEM, SAED和共存金属离子的分配系数等手段对产物的晶相结构及吸附性能进行了研究. 结果表明,水热反应条件对前驱体结构有较大影响,前驱体LiMn2O4和离子筛MnO2均为一维纳米线,离子筛对不同金属离子的选择性吸附顺序为Li+>>Ca2+>Mg2+>Na+>K+,说明离子筛具有较高的Li+选择性. Li+的分配系数为16770.63 mL/g,是高温焙烧样品(7917.49 mL/g)的2.12倍,表明一维纳米MnO2离子筛对Li+的选择性吸附性能有显著提高.     

Sol-Gel法合成锂离子筛前驱体LiMn2O4的研究

采用溶胶-凝胶法、用柠檬酸和乙二醉作为聚合反应的单体合成了正尖晶石结构LiMn2O4的前驱体,研究了反应物摩尔比、pH值及焙烧温度对材料性能的影响,并通过XRD、IR和SEM等方法研究了柠檬酸螯合法合成正尖晶石结构LiMn2O4的溶胶-凝胶过程,探讨了反应机理.研究表明,在Li/Mn摩尔比为0.6、pH值为3.0及焙烧温度为600℃时,合成的正尖晶石结构LiMn2O4的前驱体具有较好的晶粒结构,其一次粒子直径大多在100nm以内.     

Co掺杂尖晶石型LiMn_2O_4正极材料研究进展

尖晶石型LiMn_2O_4具有资源广、电压高、成本低、无污染、安全等优点,是具有良好发展前景的锂离子电池正极材料之一。由于在使用过程中Jahn-Teller效应、锰的溶解等引起其结构塌陷,制约了材料的应用,掺杂可以有效稳定LiMn_2O_4材料的结构、抑制容量衰减等,提高循环稳定性能。综述了Co掺杂尖晶石型LiMn_2O_4正极材料的研究进展,展望了Co掺杂尖晶石型LiMn_2O_4材料的发展前景。     

Ni-Co复合掺杂LiMn2-2xNixCoxO4的合成与性能研究

为了改善锂离子电池正极材料LiMn2O4的循环性能,对Ni-Co复合掺杂LiMn2O4的合成与性能进行了研究.溶胶-凝胶法合成的LiMn2O4试样为纯的立方尖晶石相,且结晶状态良好.Ni-Co复合掺杂综合了Ni掺杂效应和Co掺杂效应,不仅提高了材料的初始放电容量,而且改善了材料的电化学性能.在3.0V-4.3V充放电压范围内,初始容量达到139mAh/g,36次循环后容量仅仅衰减3.6%.     

纳米LiMn2O4制备及电化学性能研究

以高能球磨后的MnO2为前躯体,用水热法成功合成了平均粒径为60nm的LiMn2O4纳米微粒。实验结果表明,所合成的纳LiMn2O4在0．2℃倍率放电条件下,首次放电比容量为122mAh／g,样品在经过20次循环后容量下降约为5％左右,表现出较好的电化学性能。     

溶胶凝胶法制备尖晶石LiMn2O4合成条件的研究

采用溶胶凝胶合成法制备尖晶石LiMn2O4锂离子电池正极材料,详细研究了合成条件对产物结构和电化学性能的影响。结果表明,在以LiBr为Li源,乙酸锰为锰源,溶胶凝胶法制备尖晶石锂锰氧的最佳工艺条件是:Li/Mn=1.05/2;合成时溶液pH=7.5;采用分段式升温,以8℃/min从室温升温到450℃,保温5小时;再5℃/min的升温速率升温到650℃,再恒温12小时,然后自然冷却到室温,可得到结晶度较高,晶体结构完整,电化学性能较好的尖晶石型LiMn2O4。     

四氧化三锰制备尖晶石锰酸锂及电化学性能研究

采用金属锰粉悬浮液氧化法、焙烧法、两步法制备Mn3O4。根据Li2CO3/Mn3O4混合粉体的TG-DTA分析结果,以高温固相法合成尖晶石LiMn2O4。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电技术及交流阻抗,对这合成样品尖晶石LiMn2O4的物相、形貌以及电化学能进行检测分析,采用电位跃迁法测试计算出尖晶石LiMn2O4电极材料的扩散系数。结果表明,用3种不同方法制备的Mn3O4都能合成颗粒大小均匀的尖晶石LiMn2O4,在室温下以0.2 C倍率充放电循环30次时,以悬浮液氧化法制备Mn3O4合成的尖晶石LiMn2O4首次放电比容量和容量保持率分别为130.0 m A·h/g和98.1%,优于另外两种方法制备Mn3O4合成的尖晶石LiMn2O4。以不同Mn3O4合成尖晶石LiMn2O4电极材料的扩散系数DLi+分别为:7.78×10-11,5.01×10-11,3.26×10-11cm2/s。     

四氧化三锰制备尖晶石锰酸锂及电化学性能研究

采用金属锰粉悬浮液氧化法、焙烧法、两步法制备Mn3O4。根据Li2CO3/Mn3O4混合粉体的TG-DTA分析结果,以高温固相法合成尖晶石LiMn2O4。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒流充放电技术及交流阻抗,对这合成样品尖晶石LiMn2O4的物相、形貌以及电化学能进行检测分析,采用电位跃迁法测试计算出尖晶石LiMn2O4电极材料的扩散系数。结果表明,用3种不同方法制备的Mn3O4都能合成颗粒大小均匀的尖晶石LiMn2O4,在室温下以0.2 C倍率充放电循环30次时,以悬浮液氧化法制备Mn3O4合成的尖晶石LiMn2O4首次放电比容量和容量保持率分别为130.0 m A·h/g和98.1%,优于另外两种方法制备Mn3O4合成的尖晶石LiMn2O4。以不同Mn3O4合成尖晶石LiMn2O4电极材料的扩散系数DLi+分别为:7.78×10-11,5.01×10-11,3.26×10-11cm2/s。     

不同锰源制备尖晶石LiMn_2O_4及电化学性能研究

分别用化学二氧化锰、电解二氧化锰、MnCO_3和Mn_3O_4为锰源,通过高温固相法合成尖晶石LiMn_2O_4。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、恒电流充放电技术、交流阻抗及电位阶跃法,对合成的尖晶石LiMn_2O_4物相、形貌以及电化学性能进行检测分析。结果表明,由Mn_3O_4制备的LiMn_2O_4的X射线衍射峰强度最大且粒度较为均匀。在室温条件下,以0.2C倍率充放电循环20次,Mn_3O_4制备的LiMn_2O_4首次充放电比容量为128.3 mA·h/g,容量保持率为97.1%,优于另外三种锰源作为原料合成的尖晶石LiMn_2O_4。化学二氧化锰、电解二氧化锰、MnCO_3、Mn_3O_4合成尖晶石LiMn_2O_4电极材料的扩散系数DLi+分别为2.26×10~(-11),4.54×10~(-11),0.83×10~(-11),8.25×10~(-11)cm~2/s。     

不同锰源制备尖晶石LiMn_2O_4及电化学性能研究

分别用化学二氧化锰、电解二氧化锰、MnCO_3和Mn_3O_4为锰源,通过高温固相法合成尖晶石LiMn_2O_4。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、恒电流充放电技术、交流阻抗及电位阶跃法,对合成的尖晶石LiMn_2O_4物相、形貌以及电化学性能进行检测分析。结果表明,由Mn_3O_4制备的LiMn_2O_4的X射线衍射峰强度最大且粒度较为均匀。在室温条件下,以0.2C倍率充放电循环20次,Mn_3O_4制备的LiMn_2O_4首次充放电比容量为128.3 mA·h/g,容量保持率为97.1%,优于另外三种锰源作为原料合成的尖晶石LiMn_2O_4。化学二氧化锰、电解二氧化锰、MnCO_3、Mn_3O_4合成尖晶石LiMn_2O_4电极材料的扩散系数DLi+分别为2.26×10^(-11),4.54×10(-11),4.54×10^(-11),0.83×10(-11),0.83×10^(-11),8.25×10(-11),8.25×10^(-11)cm(-11)cm²/s。     

化学二氧化锰改性处理对锰酸锂性能的影响

将化学二氧化锰进行高温烧结改性处理后制备锰酸锂,与未经改性处理的化学二氧化锰制备的锰酸锂进行性能比较。通过XRD、SEM考察了改性处理对锰酸锂的结构及形貌的影响,通过充放电性能检测分析了改性处理对锰酸锂电化学性能的影响。结果表明,制备的锰酸锂均为规则的尖晶石结构,在850℃下改性处理的化学二氧化锰制备的锰酸锂晶体结构最稳定,颗粒大小分布均匀,电化学性能最佳,首次放电比容量为118.4 mA·h/g,循环100次后容量保持率为92.74%。     

用于锂离子电池球形锰酸锂的工业化制备研究

本文以氢氧化锂、醋酸锰及碳酸锰为原料,采用液相法合成凝胶浆料和半固相浆料,利用喷雾干燥法获得球形锰酸锂前驱体,研究了动态焙烧喷雾干燥前驱体制备球形锰酸锂正极材料用于锂离子电池.研究结果显示,动态低温分解与高温分解相结合的方法能有效保持前驱体的球形,合成的球形锰酸锂具有良好的电化学性能.该方法适合于工业化生产球形锂离子电池正极材料.     

NiFe_2O_4复合氧化物陶瓷粉体的制备

采用粉末冶金固相烧结法制备了NiFe2O4铁氧体粉体。对NiFe2O4粉体试样进行了DTA分析,研究了不同配比的NiO和Fe2O4粉末在980℃和1100℃烧结温度下的情况,对产物进行了XRD和SEM分析,结果表明：随着温度的升高（980～1100℃）,烧结粉末的分散性越来越好,纯度也越来越高,NiFe2O4陶瓷粉体也逐渐显示出明显的尖晶石形貌。本研究制备尖晶石NiFe2O4陶瓷粉体的最佳工艺条件是：1100℃左右,时间为6h最好。     

基于废旧锂离子电池正极材料LiMn2O4制备MnO2及其电化学性能

以废旧锂离子电池LiMn₂O₄正极材料为原料,通过控制酸浸条件分别制备出λ-MnO₂纳米粒子和β-MnO₂纳米棒,研究作为一次电池电极材料和超级电容器电极材料的相关电化学性能。利用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和恒电流充放电、循环伏安等测试手段对样品成分、形貌和电化学性能进行分析表征。实验表明：在常温常压下,采用0.5 mol·L^-1的H₂SO₄酸浸3 h可制备出λ-MnO₂纳米颗粒;而于相似文献