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%。     

尖晶石LiMn2O4的结构性能与嵌脱锂动力学探讨

采用液相法混合得到的先驱体在不同的温度进行热处理可以合成尖晶石LiMn2O4正极材料;随热处理温度的提高,点阵参数a增大,晶格畸变减小,结晶完善程度提高,容量及循环性能提高,750～850℃温度范围处理的试样其结构可能存在如下相变过程:LiMn2O4(立方相)→LiMn2O4-δ(立方相)→LiMn2O4-δ(四方相);当温度高于850℃时发生的从立方相向四方相的转变使结晶有序度反而降低,性能下降;通过电化学嵌脱锂动力学研究发现随热处理温度升高,锂离子在电极材料中的扩散系数增大。     

尖晶石LiMn2O4的制备与改性

尖晶石LiMn2O4是很有发展前途的锂二次电池正极材料,但它在循环过程中存在容量衰减,如何解决这-问题是实现该材料工业化的前提.众多的研究都集中在稳定尖晶石的结构上,概述了在采用的原料,合成温度,掺杂及包覆改性方.面的研究进展.     

尖晶石LiMn2O4的改性与性能

将LiMn2O4分别与Li2CO3、Co3O4以及Li2CO3+Co3O4混合物在800℃高温处理,利用恒电流充放电法测量了材料的比容量,经处理后材料的比容量均低于LiMn2O4的放电容量,但循环性能比处理前好;通过XRD的分析,材料的结构仍保持了尖晶石的特征.     

尖晶石型LiMn2O4的制备和性能研究

利用溶胶-凝胶法制备镧掺杂的锂离子电池正极材料尖晶石型LiLa0.005Mn1.995O4,利用X衍射、循环伏安、充放电测试、交流阻抗等手段对其进行了研究。结果表明样品呈良好的尖晶石结构，在0．3mA／cm^2和3．0～4．1V条件下恒流充放电，其首次放电容量大于110mAh／g，并具有较好的循环可逆性。活性物质在不同的电位下有不同的电化学特征，交流阻抗谱明显不同，并对其进行了合理的解释。     

电解液中痕量HF对LiMn2O4电化学性能的影响

使用尖晶石LiMn2O4作为锂离子蓄电池阴极材料,采用恒电流充放电和粉末微电极的循环伏安方法对比研究了电解液中痕量HF对不同电解质溶液体系电化学性能的影响。结果发现, 在1 mol·L-1 LiClO4/(EC DMC)(体积比为1∶1)电解液中,痕量HF对尖晶石LiMn2O4正极材料的电化学嵌脱锂性能有一定的改善和提高。这是因为在1 mol·L-1 LiClO4/(EC DMC)电解液中,HF与LiClO4间特殊的相互作用有利于电极界面在首次充电过程中建立有效的固体电解质相界面(SEI)膜,从而改善了电极材料的结构稳定性,提高了电极电化学性能。但HF添加量过大时,电极/电解液相界面形成的SEI膜太厚,导致电极与电解液间的高界面电阻,反而造成尖晶石LiMn2O4电化学性能下降。     

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。     

尖晶石型LiMn2O4电极循环伏安研究

采用循环伏安法(CV)对所制备的尖晶石LiMn2O4(LMO)锂离子蓄电池正极材料进行了研究.用X射线衍射分析表征了LMO的结构,并计算了其晶胞体积;粒度分析表明LMO粉末粒径范围适合用此铂微电极(孔穴深度为43 μm)进行测试;CV结果表明,不管是利用常规粉末微电极还是常规压片电极,分别代表锂离子嵌入和脱嵌两个阶段的两对氧化还原峰,只有在较慢的扫描速率下才能清楚地分开,采用粉末微电极不能提高电极的充放电电流而减少循环时间,但采用粉末微电极,电极半径小,活性物质含量少,可减少活性物质在电解液中浸泡的时间,而且最重要的是使用微电极,使得信躁比Ipa/Ipc增大,提高了测试灵敏度;此外,根据CV曲线及计算所得空腔中LMO的质量(m=1.1×10-4g),可计算得到尖晶石LMO的初始放电容量为131 mAh·g-1.     

尖晶石型LiMn2O4陶瓷的制备及其电导率

为研究尖晶石型LiMn2O4正极材料的导电性能,用无压、热压和等离子放电烧结的方法制备出了LiMn2O4陶瓷块体,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和交流阻抗谱研究了产物的物相、显微结构和电导率。结果发现,在高温或低氧浓度的烧结条件下LiMn2O4发生脱氧,分解生成LiMnO2和Mn3O4。通过埋粉工艺可以有效地抑制脱氧,提高LiMn2O4的烧结温度。等离子放电烧结可使坯体迅速达到致密,抑制晶格脱氧和晶粒长大。尖晶石型LiMn2O4的电导率由晶界电导控制,晶粒大小对电导率的影响很大。     

尖晶石LiMn2O4的合成及微量Fe的掺杂改性

以不同材料作为锰源,采用溶胶-凝胶法(sol-gel)合成了尖晶石LiMn2O4。电化学测试结果表明,采用硝酸锰作为锰源合成的尖晶石LiMn2O4具有相对较佳的电化学性能。进而采用碳酸锂、硝酸锰作为锂源和锰源合成了化学式为LiFexMn2-xO4的尖晶石锂锰氧化物材料(x=0.05、0.1、0.2、0.3、0.4),发现当x=0.1时,掺铁尖晶石LiMn2O4的初始放电容量达119 mAh/g,循环95次后容量保持率为86%,这一结果接近商品化尖晶石LiMn2O4。     

超声空化预处理对尖晶石LiMn2O4性能的影响

采用超声空化-固相合成法制备尖晶石LiMn2O4,用TG-DTA、XRD、SEM、激光粒度分析和充放电测试等研究了超声空化对材料的组成、晶体结构、表观形貌、粒度分布和电化学性能的影响.结果表明:超声空化产生的机械活化效应降低了材料的合成温度,提高了尖晶石LiMn2O4的结晶度和结构稳定性;超声空化对材料制备过程中的加速成核和控制晶核的生长是有利的,能得到较好的颗粒形貌和粒度分布;经过超声空化预处理的样品的首次放电比容量为125.34 mAh/g,20次循环后的容量仅衰减5.54%.     

稀土掺杂对LiMn2O4电化学性能的影响

用固相反应法合成了具有尖晶石结构的可用作锂离子二次电池正极材料的锂锰氧化合物（LiMn2O4）,并对其进行了镧、铈、镨、钕、铕、钐等多种稀土元素的掺杂修饰,形成稀土复合氧化物（LixMn2-yRe7y/6O4,0.95≤x≤1.2,0≤y≤0.3）。对材料进行了X射线衍射、循环伏安、充放电等测试,实验结果表明,掺入镧、铕、钕、钐、镨等元素所合成的材料具有标准尖晶石结构,较好的电化学可逆性能,较优良的高温性能。该材料在EC:DMC（1:1）+1mol/L　LiPF6电解液中表现出了较优良的充放电性能,其首次放电容量达130mAh/g。     

机械活化在制备尖晶石LiMn2O4中的应用

研究了尖晶石LiM n2O 4制备过程中机械活化法对前驱体的物相结构、形貌以及反应过程的影响。结果表明,经过活化处理,原料中的γ-M nO 2的点阵缺陷和晶格畸变增大了,LiO H也由晶态转变为无定形态,在活化过程当中已有一定程度的化学反应发生。介绍了合成尖晶石LiM n2O 4物相结构的分析结果,结果表明,机械活化的应用提高了前驱体的反应活性,大大降低了合成尖晶石LiM n2O 4的温度。     

集流体对尖晶石LiMn2O4电化学性能的影响

介绍了采用固相反应法合成尖晶石型LiMn2O4材料。将合成的尖晶石型LiMn2O4与炭黑、PTFE按照质量比85∶10∶5混合均匀,然后将这混合物分别涂布在泡沫镍、碳纸、不锈钢网和铝箔等集流体,研究了各种集流体对电池充放电性能、库仑效率、循环性能的影响,研究表明:铝箔、不锈钢网作为集流体,电极的充放电性能和循环性能明显优于泡沫镍和碳纸为集流体的电极。     

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的低温合成及锂离子嵌脱动力学

采用前驱体法在400℃下合成了尖晶石LiMn2O4,研究了产物的结晶性能和电化学性能,并对锂离子在样品中的嵌脱动力学进行了研究.结果显示:样品具有很好的结晶性;首次放电比容量为110.3 mAh/g,第20次循环的比容量保持在95.0 mAh/g,容量保持率为86.4%;确定等效电路对实验数据进行拟合,在3.85 V处的电荷传递电阻为24.87 Ω,在4.25V处变为14.56 Ω,电荷传递电阻随电位的增大先减小后增大.