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。     

尖晶石LiMn2O4正极材料的表面改性

用CoO1 x/SiO2对尖晶石正极材料LiMn2O4进行了包覆,对包覆尖晶石LiMn2O4的电化学性能进行了研究,结果表明:CoO1 x/SiO2包覆LiMn2O4在3.0~4.4 V呈现出稳定的循环性能。CoO1 x/SiO2包覆LiMn2O4电池在20℃下循环100次,容量下降11%;在50℃下循环250次,容量下降25%。     

镁掺杂尖晶石型LiMn2O4正极材料的研究进展

尖晶石型LiMn_2O_4具有锰资源丰富、成本低、环境友好和安全性能高等优点,被认为是最有发展潜力的锂离子电池正极材料之一。综述了2000年以来国内外镁掺杂对尖晶石型LiMn_2O_4正极材料晶体结构和动力学性能的影响及镁掺杂尖晶石型LiMn_2O_4的制备方法,并展望镁掺杂尖晶石型LiMn_2O_4正极材料的研究方向。     

温度对LiMn2O4正极材料嵌锂动力学的影响

采用传统方法成功制备了LiMn2O4正极材料,并利用微分电容和电化学阻抗谱研究了储存温度对LiMn2O4正极材料锂离子嵌脱动力学的影响。微分电容曲线表明LiMn2O4中锂离子的两步嵌脱机制是完全不同的。电化学阻抗谱表明,随着储存温度的升高,Li+在电极活性物质中的扩散变得困难,从而导致电荷转移电阻迅速增大。     

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.     

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。     

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。     

燃烧法制备锂离子电池LiMn2O4正极材料

以硝酸锂、硝酸锰和尿素为原料,采用燃烧法制备尖晶石型LiMn2O4锂离子电池电极材料,并考察了锂和锰的比例、尿素用量、预置炉温、焙烧温度及焙烧时间等工艺条件对合成产物的组成结构及电化学性能的影响。最佳工艺条件下制备的产物具有纯净的尖晶石结构,均一的颗粒度及优良的电化学性能。     

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.     

锂离子蓄电池正极材料LiMn2O4的掺杂改性

采用差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和充放电循环等手段对掺杂F、Co元素的LiMn2O4材料性能进行测试,并比较了不同烧结温度及不同F元素掺杂量材料的性能。结果表明液相法制备的LiCoxMn2-xO4-yFy材料在800℃左右连续烧结晶型较好,F的掺杂量不会改变材料的晶型,但晶格参数随着温度和F的掺杂量增加而增加;电性能测试表明LiCoxMn2-xO4-yFy材料的充放电曲线有两个电压平台,且LiCoxMn2-xO4-yFy材料的循环稳定性较纯LiMn2O4有了明显提高,尤其以800℃条件下连续焙烧24h、y为0.2时的材料电性能较好。     

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.     

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.     

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。     

LiCoO2改性LiMn2O4的结构及性能

采用固相反应法制备了尘晶石型LiMn2O4及改性LiMn2O4.利用XRD和SEM对合成产物的结构进行表征,并测试了它们的电化学性能.结果表明:用LiCoO2改性后的复合产物保持了尖晶石主体结构,随着liCoO2量的增加,Mn-O键增强,晶胞参数减小,产物的结构性能较好.以合成的改性产物为正极材料,MCMB为负极材料,组装的063048型锂离子电池循环300次后,容量保持率在80%以上.     

中间相炭微球改性尖晶石LiMn2O4的性能

用柠檬酸络合法制备了中间相炭微球(MCMB)改性的LiMn2O4,用XRD测试进行了研究.通过循环伏安测试,分析了MCMB加入量对样品性能的影响,用恒流充放电测试进行了验证.MCMB的加入减小了样品的晶胞参数,提高了放电平台电位,增大了峰电流.MCMB的添加量为3%时,样品的首次放电比容量为130.56 mAh/g,比纯LiMn204提高了17.8%.     

二次烧结制备的尖晶石LiMn2O4的性能

用高温固相法二次烧结制备了锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4.利用XRD、EDS和SEM等方法及激光粒度分析仪,研究了LiMn2O4的晶体结构、粒径及形貌与电化学性能的关系.与一次烧结的样品比较,二次烧结的样品粒径分布更集中于25～35μm,结晶更完全,电化学性能及循环稳定性更好.二次烧结后掺杂Zn(Ac)2的样品,在常温和高温(55℃)下的首次放电比容量分别为112.8 mAh/g和113.5 mAh/g,经过50次循环后,容量保持率分别为99.7%(常温)和94.5%(高温,55℃).     

锂离子蓄电池正极材料LiMn2O4的研究进展

从制备方法、比容量、循环性能、高温性能等几方面对近年来有关LiMn2 O4尖晶石的研究作了综述。烧结温度、氧分压及冷却速度是影响高温固相反应产品性能的关键因素 ,软化学合成方法具有一些固有的优点 ;合成高n(Li)∶n(Mn)比的Li1 +xMn2 O4、对LiMn2 O4进行化学嵌锂、或同时利用 3V +4V两个平台的容量可以提高比容量 ;以低价金属离子掺杂、阴 /阳离子同时掺杂、或合成非整比化合物可以改善循环性能 ;过渡金属的掺杂还将改变充放电曲线 ,导致容量向高电位区转移 ;锰的溶解及其引起的结构变化是导致高温下锂锰尖晶石容量衰减的原因。