正尖晶石LiMn2O4的合成与电化学性能研究

采用高温固相反应原理合成了LiMn2O4锂离子电池正极材料,研究了合成原料中n(Li)/n(Mn)(摩尔比)和合成温度以及掺杂金属钴元素对合成产物性能和结构的影响,恒电流充放电结果麦明LiMn2O4容量为115～120mAh/g,掺杂钴以后容量下降而循环性能改善,XRD测试分析表明合成产物具有正尖晶石结构;通过进一步优化材料的粒度和电极制备时控制导电剂的加入量,确定了提高LiMn2O4的容量、改善材料循环性能的其他因素.以合成产物为阴极材料,MCMB为阳极材料,组装的18650型锂离子电池的容量达到了1250mAh,循环300次后容量保持70%左右.     

LiCoO2改性LiMn2O4的制备及性能的研究

采用高温固相法制备了改性LiMn2O4锂离子电池正极材料.利用TG-DSC、XRD、EDS和充放电测试等研究了LiCoO2的掺入对改性LiMn2O4的形成过程、结构及电化学性能的影响.结果表明:在850℃下热处理8 h,能够形成完整的尖晶石型LiMn2O4结构.当n(LiCoO2):n(LiMn2O4)为0.3时,10次循环后(55℃),改性LiMn2O4的容量保持率由LiMn2O4的89.9%提高到99.0%.     

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。     

锂离子蓄电池正极材料LiMn2O4掺钒的研究

采用低温液相碳酸盐法合成了掺杂钒的Li-Mn-O正极材料.X射线衍射分析表明当掺钒量小于20%,合成的电极材料Li-V-Mn-O仍能保持LiMn2O4的尖晶石结构,当掺钒量超过20%则合成产物中不含尖晶石结构的LiMn2O4.循环伏安和恒电流充放电实验证实掺杂钒可改善Li-Mn-O正极材料电化学反应的可逆性,并提高其比容量;掺钒量大于10%时,合成产物中出现杂质相导致电极材料电化学性能下降.     

MnO2形貌对LiMn2O4电化学性能的影响

用3种不同形貌的电解MnO2(EMD),采用高温固相法合成了尖晶石LiMn2O4正极材料.用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)法分析了材料的结构和形貌,研究了MnO2形貌对LiMn2O4充放电性能的影响.结果表明:3种EMD均可得到纯相LiMn2O4;EMD与合成的LiMn2O4在形貌和颗粒度上具有对应性;由EMD(F)所制备的LiMn2O4(F)的首次放电比容量达到122 mAh/g,50次循环后仍保持在118 mAh/g.EMD(F)是合成LiMn2O4正极材料较理想的原料.     

溶胶凝胶法合成LiMn2-xCoxO4及其性能研究

为了改善LiMn2 O4 作为锂离子蓄电池正极材料的循环可逆性能 ,我们采用溶胶 凝胶法掺杂合成了形如LiMn2 x CoxO4 的化合物 ,并用粉末X射线衍射技术 (XRD)研究了产物的晶体结构与电化学性能的关系。研究结果表明 ,在掺杂量 (即x值 )不是很大时 ,材料都能保持较好的尖晶石结构。在LiMn2 O4 中掺杂Co可明显地改善LiMn2 O4 的循环可逆性能。当x =0 .0 5时 ,5 0次循环后的容降由LiMn2 O4 的 10 %降低到 4%。同时 ,掺Co还可提高材料的大电流放电性能。当x =0 .1时 ,1C倍率放电容量与 0 .2C倍率放电容量的百分比值由LiMn2 O4 的 78%提高到 89%。     

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。     

LiMn2O4改性材料的性能研究

利用高温固相反应,制备出由含Al化合物、LiF改性的锂锰氧化物.对材料进行了XRD分析及电化学测试,结果表明:改性材料保持了尖晶石结构;由Al3 、F-共同改性材料的高温循环性能得到改善,改性前的LiMn2O4,在50℃下10次循环后,容量衰减率为24.4%,而由Al2(C2O4)3与LiF改性的材料则为6.2%.     

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。     

氟化尖晶石锰酸锂LiMn_2O_(4-z)F_z锂电池正极材料研究

研究了电动工具、电池车等对安全性和成本要求较高的应用领域所需要的改性尖晶石型LiMn2O4电池正极材料。首先研究了LiMn2O4与LiF混合物的热处理反应过程,采用LiF对预先合成的LiMn2O4进行后处理,并研究了处理温度对材料的比表面积和高温循环性能的影响。结果表明,LiF/LiMn2O4混合体系在500℃以上开始反应,所形成材料的特性发生了明显的变化;热处理温度越高,形成的材料比表面积大幅度减小,由处理前的2.0m2/g减小为1.1m2/g;600℃条件下处理材料的首次比容量为118.1mAh/g,但是循环30次的容量保持率仍然可以达到89%。     

尖晶石LiMn2O4的表面改性研究

研究了表面包覆TiO2的尖晶石LiMn2O4.XRD、SEM研究结果表明:经包覆处理后的材料仍为尖晶石结构,粒径均匀.电化学性能测试表明:表面包覆可很好地抑制LiMn2O4材料在电解液中Mn的溶解,提高了循环性能.经包覆处理后的样品的电化学反应阻抗增加.2%包覆量的样品的初始容量为114 mAh/g,常温下,20次循环后容量保持率为100%,100次循环后容量保持率为95%.     

LiMn2O4的结晶度对电化学性能的影响

对燃烧法制备的LiMn2O4材料的团聚体粒度、晶体粒度、晶体形貌和结晶度与电化学性能的关系进行了研究。以LiMn2O4的理论密度与实测密度的差值为依据,定量确定了LiMn2O4晶相的结晶度。结果表明:结晶度不同的材料具有明显不同的比容量和首次充放电效率。结晶度高的LiMn2O4材料首次放电比容量可达135 mAh/g,首次放电效率为92%;而结晶度相对较低的LiMn2O4材料首次放电比容量仅为104 mAh/g,首次放电效率为78%。     

过充电时LiMn2O4/LiPF6-(EC+DEC)界面性质

用交流阻抗法结合循环伏安法研究了LiMn2O4粉末微电极过充电对LiMn2O4/LiPF6-(EC+DEC)溶液界面性质的影响.结果表明:电荷传递电阻Rct随过充电时间的增加而增加,而表面膜电阻Rf基本不随过充电时间变化.过充电条件下,尖晶石锂锰氧化物的结构受到破坏,电解质的氧化产物可能是气体和水.     

LiMn_2O_4正极材料高温固相合成工艺的优化

用正交实验,通过XRD、SEM及电化学性能分析,优化了锂离子电池正极材料LiMn2O4的高温固相合成工艺。对产物性能影响的顺序为:锂锰物质的量比烧结温度恒温时间。在n(Li)∶n(Mn)=0.525∶1.000、烧结温度为820℃及恒温时间为14 h时,合成的LiMn2O4的综合性能最好,尖晶石结构和表面形貌良好,1C首次放电比容量为119.0 mAh/g,第50次循环的容量保持率为95.8%。     

掺钴LiMn2O4材料的微波模板法合成

利用微波模板法制备了尖晶石型LiMn2O4-xCoxO4(x=0、0.1、0.2和0.4)锂离子电池正极材料.利用XRD和SEM等方法对样品进行了表征,结果表明:掺杂后的材料仍是尖晶石相,掺杂Co可提高材料的尖晶石结构稳定性.电化学测试结果显示:与纯的LiMn2O4材料相比,掺杂后的材料循环性能得到提高.x=0.2为最佳值,其初始容量为112 mAh/g,40次循环后,容量衰减率为9%.     

PTMA/LiMn2O4复合正极材料及电化学性能

介绍了用于锂离子电池的一种有机-无机复合正极材料PTMA/LiMn2O4的制备方法,报导了PTMA/LiMn2O4复合材料的循环伏安特性、交流阻抗、循环性能以及高倍率充放电特性。试验结果表明：PTMA/LiMn2O4复合正极材料具有比较优良的循环稳定性和大电流充放电性能,是一种性能优良的锂离子电池正极材料。     

Li-MnO_2电池新型正极材料——λ-MnO_2的合成与电化学性能研究

采用酸处理尖晶石型LiMn_2O_4的方法合成了λ-MnO_2.通过X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和恒流放电测试等对λ-MnO_2的结构、形貌和电化学性能进行了研究.结果表明,合成的λ-MnO_2具有类似于LiMn2O4的尖晶石型晶体结构,形貌规则,晶粒细小,粒径分布均匀;将其作为正极材料组装成Li-MnO_2电池,以0.025 C倍率放电,得到了3.98 V和2.88 V两个放电平台,放电比容量达268 mAh/g,且其放电平台和比容量受放电倍率影响较小.     

TiO_2包覆的尖晶石LiMn_2O_4的电化学性能

用超声波振荡法,将粒径约为20 nm、用溶胶-凝胶法合成的TiO2颗粒包覆在流变相法合成的LiMn2O4表面,再在600 ℃下处理2 h,得到TiO2包覆的尖晶石LiMn2O4.在3.0～4.4 V,产物以1.0 C充放电的首次放电比容量为121.7 mAh/g,第100次循环的放电比容量为108.3 mAh/g;以0.5 C充放电的首次放电比容量为126.7 mAh/g,第200次循环的容量保持率为86.0%.     

锂离子电池正极材料掺杂稀土的研究进展

综述了近年来锂离子电池正极材料掺杂稀土的研究进展;介绍了稀土掺杂LiCoO2和LiMn2O4的掺杂量、烧结工艺对正极材料结构和电化学性能的影响,以及稀土掺杂LiNiO2和LiFePO4的结构和电化学性能。     

锂离子电池的发展状况

国内外锂离子电池快速发展,广泛应用于家电产品.汽车面临汽油紧张和污染环境,电动车将部分解决这些问题.电动自行车已为人们接受.锂离子电池以其优良的性能,将成为电动车的主要动力源.钴酸锂由于性能好,而成为当今小型锂离子电池的主角,但世界上钴储量少,作为动力电池材料,市场前景小.锰酸锂的锰资源较多,价格比钴便宜很多,可成为动力电池的主要材料.与钴酸锂相比,锰酸锂的性能还有不足,如比容量和循环寿命较低,因此应当着重研究,改善其品质.现在锰酸锂电池已投向市场,将会促进其研究和生产,推动电动汽车进入市场.