二次锂离子电池的正极材料LiMn2O4的制备和性能研究

叙述尖晶石型LiMn2 O4正极材料的高温固相制备方法 ,分析合成条件对其性能的影响 ,通过XRD、SEM、ICP等方法 ,研究合成材料的结构、组分及电化学性能。     

纳米LiMn1.90Cr0.05Ni0.05O4的制备

以硝酸锂、硝酸锰、硝酸铬和硝酸镍为原料,柠檬酸作为络合剂采用溶胶-凝胶法获得前驱体,将前驱体在空气气氛中焙烧制备了纳米LiMn1.90Cr0.05Ni0.05O4．采用DTA-TG对前驱体的热分解行为进行了研究,用XRD考察了合成产物的结构和纯度,用SEM对合成产物进行了形貌观察和尺寸测量．试验结果表明：经300℃预处理,450℃焙烧获得的尖晶石结构LiMn1.90Cr0.05Ni0.05O4相纯度高,而随着温度的升高产物中杂质相含量增加;合成产物的粒度和晶格常数随温度升高而增加,晶格畸变随温度升高而减小;300℃预处理后450℃焙烧合成产物的形貌呈球形,颗粒尺寸在40nm左右且分布均匀．     

液相法制备LiMn2O4及掺杂研究

以LiNO3,Mn(NO3)2和弱有机酸为原料，将其按一定比例混合，先天低温蒸干水分，再在250℃加热1h，得到黑色前驱物粉末；将前驱物在650－800℃焙烧10－20h便可得到LiMn2O4晶体；此外，研究了生产LiMn2O4晶体过程中温度及添加Ni,Co,Al对LiMn2O4晶化程度和结晶结构的影响。研究结果表明：利用液相法可以使反应物充分反应，能够得到晶形完整、结晶度高的尖晶石型LiMn2O4；并通过该液相法能更均匀掺杂，得到晶粒粒径更小的掺杂Ni,Co,Al型LiMxMn2-xO4。     

制备工艺对LiMn2O4纯度及性能的影响

研究了制备工艺对LiMn2O4纯度的影响机理,同时对LiMn2O4正极在充放电过程中的容量衰减机理进行了探讨.试验结果表明,以硝酸锂和硝酸锰为原料,采用柠檬酸络合法制备纳米LiMn2O4粉体时,前驱体的分解温度区间小,分解速度快,在焙烧过程中容易产生缺氧,使有机物发生炭化,不利于Li、Mn原子的直接结合,因而随着焙烧温度的升高,LiMn2O4的纯度呈下降趋势,300℃预处理可提高纯度;在放电过程中,LiMn2O4颗粒表面发生立方相向四方相(a=0.576 0nm,c=0.945 9nm,轴比c/a=1.642)的相变,导致容量衰减.     

Structure characteristics and electrochemical properties of LiMn2O4 modified by LiCoO2

In order to improve the cycle performance of LiMn2O4, the modified LiMn2O4 was prepared by solid-state reactions using LiMn2O4 and LiCoO2 as precursors. XRD and EDS were used to study the structure properties of the modified LiMn2O4. The electrochemical properties of the modified LiMn2O4 were also investigated, The results show that Li and Co atoms could insert into the LiMn2O4 crystal lattice and a newly formed spinel phase, modified LiMn2O4 was obtained. The modified LiMn2O4 exhibits excellent cycle ability at room and elevated temperatures compared to pure LiMn2O4. The improved electrochemical stability of the modified LiMn2O4 attributes to the entrance of Li and Co ions inserted into the spinel crystal structure.     

锂离子电池正极材料LiMn2O4掺杂及对其性能的影响

综述了近年来掺杂锂离子正极材料尖晶石LiMn2O4的元素及方法，阐述了在锂离子正极材料LiMn2O4中掺杂钴、铬、镍、铝、稀土、钒后对材料性能的影响．结果表明，掺杂均不同程度地改善材料的循环稳定性，但对容量大都产生不利影响．     

Electrochemical Characterization of Surface-modified LiMn2O4 Cathode Materials for Li-ion Batteries

To improve the performance, the surface of 12Mn2O4 was coated with very fine MgO , Al2O3 and ZnO by solgel method, respectively. The structure and morphology of the coated materials were investigated by X-ray diffraction （ XRD ）, X-ray photoelectron spectroscopy （ XPS ） and scanning electron microscopy （SEM）. The charge and discharge performance of uncoated and surfnce modified 12Mn2O4 spinel at 25℃ and 55 ℃ were tested, using a voltage window of 3.0-4.35 V and a current deasity of 0. 1 C rate. There is a slight decrease in the initial discharge capacity relative to that of uncoated UMn2 O4, bat the cycle ability of 12 12Mn2O4 coated by metal-oxide has remarkably been improved. The EIS measuremeuts of uncoated and Al2O3 -coated 12Mn2O4 were carried out by a model 273 A potentiostatl galvanistat controUed by a computer using M270 software, and using a freqnency response analyzer （ Zsimpwin ） combined with a potentiostate （ PAR 273）. Coaseqnently, the reason for the improved cycle properties is that the surface modification reduces the dissolution of Mn , which results from the suppression of the electrolyte decomposition, and suppresses the formation of passivation film that acts as an electronic insulating layer. In conclusion, the use of surface modification is an effective way to improve the electrochemical performance of 12Mn2O4 cathode material for lithium batteries.     

锂离子二次电池LiMn2O4正极材料的研究

采用碳酸锂和电解二氧化锰为原料,通过高温合成法研究了不同合成条件对反应产物ＬｉＭｎ２Ｏ４结构,性能的影响,并对ＬｉＭｎ２Ｏ４中Ｌｉ离了非化学计量本比做了研究。结果表明,合成前研磨时间越长,所需合成的时间越短,合成最佳温度为７５０℃;随着锂离子量ｎ的增另,ＬｉｎＭｎ２Ｏ４的晶格常数减小,１≤ｎ≤１．１时合成产物结构最完整 、     

微波合成LiMn2O4正极材料及其电化学性能的研究

本文以Li2CO3 、MnO2为原料,采用微波热处理合成锂离子电池正极材料LiMn2O4,研究了热处理温度,Li/Mn摩尔比对产物结构和电化学性能的影响,同时研究了微波热处理和传统热处理两种加热方式的差别.通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、恒电流充放电测试分别对产物的结构、形貌及电化学性能进行表征,结果表明：采用微波法在750℃保温15 min,快速地制备出尖晶石型LiMn2O4,纯度高,尺寸分布均匀,约100-300 nm;于0.1C倍率下,以微波法制备的正极材料首次放电比容量可达112.38 mA·h/g,1C倍率充放电50次循环后,容量保持率为91.6％;以传统方法制备的正极材料0.1C倍率下首次放电比容量为94.07 mA·h/g,1C倍率充放电50次循环后,容量保持率为71.4％     

凝胶燃烧法合成尖晶石LiMn2O4粉体及其表征

以丙氨酸和水杨酸为络合剂和燃料,采用凝胶燃烧法制备了锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4粉体.对凝胶前驱体及烧结产品进行了TG-DTA、XRD分析;通过循环伏安、交流阻抗及充放电测试对该产品的电极过程动力学性质及充放电性能进行了表征.结果表明,该方法烧结温度低、时间短,制备的产品为纯相尖晶石结构;不同电位下溶液电阻、膜电容均保持稳定,Li 扩散系数为10-12～10-10 cm2/s.该材料具有较好的充放电性能.     

锂离子电池正极材料表面包覆MgO的研究

锂离子电池正极材料和电解液之间的恶性相互作用是引起正极材料和电池性能劣化的重要原因.实验研究了在锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4上包覆MgO来改善材料在循环过程中容量衰减过快的问题.研究表明,MgO包覆层的存在减少了正极材料与电解液的直接接触,阻止了电解液对材料的侵蚀,从而有效地改善了材料的循环性能.     

射频溅射氧化铁薄膜的红外鉴定

本文应用红外光谱技术,对射频溅射氧化铁薄膜的相组成、显微结构、颗粒尺寸在退火前后的变化进行了实验研究,结果表明:待测的薄膜样品相组成为α—Fe_2O_3,400℃退火处理后,薄膜中的晶粒尺寸不变,700℃退火样品晶粒明显长大。实验表明,粉末样品和薄膜样品的红外谱图之间存在大的差异,但这种差异可采用将薄膜研碎,重新压片的方法消除。     

LiMn_2O_4基18650动力电池性能实验研究

采用溶胶凝胶法制备LiMn2O4作为正极材料制成18650全电池.用模拟工况实验了市内、市郊、城际3种不同道路工况下对应的电池输出特性,并根据特性曲线分析不同道路工况锰基动力电池的性能.结果表明:LiMn2O4正极材料为尖晶石结构,颗粒均匀,在市内和郊区工况下18650动力电池有较好的性能,而城际工况下电池性能有待提高.     

尖晶石LiMn2O4的容量衰减与性能改进

尖晶石LiMn2O4是制作锂离子电池正极的很有希望的材料。但研究中发现,LiMn2O4在高温下和循环过程中,存在着容量衰减现象。它是目前制约尖晶石LiMn2O4走向商品化生产的关键性因素。综述了LiMn2O4容量衰减的原因和抑制措施,分析出容量衰减的原因,主要包括活性物质的化学稳定性和LiMn2O4结构稳定性两个方面。其中HF造成的锰的溶解是主要原因。采取掺杂富锂核与富锂相结合的措施,可以有效地抑制LiMn2O4的容量衰减,改善其循环性能。     

近三年来锰酸锂二次锂电池的研究进展

二次锂离子电池由于比能量高和使用寿命长,已成为便携式电子产品的主要电源。总结了近三年来二次锂离子电池的研究进展。正极材料锰酸锂LiMn2O4为尖晶石晶体结构,Li+可在Mn2O4三维网络结构中嵌入-脱嵌,并完成充放电过程。锰酸锂的制备方法有高温固相反应、微波烧结法、固相配位反应法、溶胶-凝胶法、微乳化法、Pechini法及其它新的合成方法等。通过掺杂其它阳离子和阴离子,特别是多种元素同时掺杂,可提高正极材料的稳定性和可逆性。同时讨论了负极材料的制备方法;正极材料容量衰减机理及相应改善措施;电池制备工艺和其它有关研究。最后指出了今后的研究重点:电极材料的充放电性能与电极制备工艺间的关系、锂锰氧与碳负极直接组装成试验电池、开发固体电解质在二次锂电池中的应用。     

以Mn3O4为锰源合成高性能LiMn2O4正极材料

以Mn3O4为锰源,采用固相反应法,在较低的温度(650℃)制得尖晶石LiMn2O4正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安和恒流充放电等技术对其相组成、微结构和电化学性能进行表征。结果表明该正极材料结晶良好,一次粒径约为150 nm。它的电化学性能,尤其是循环性能,明显优越于在较高温度合成的LiMn2O4。在电流密度为74 mA?g-1时,测得比容量为128 mAh?g-1,在1 480 mA?g-1时,比容量为105 mAh?g-1;在室温、148 mA?g-1充放电200次循环后,容量保持率为93%。