锂离子电池正极材料层状锂锰复合氧化物的研究
本文针对层状锂锰氧化合物作为锂离子电池正极材料存在的难点,较系统地研究了其制备方法,在此基础上探索了新的制备工艺;为了得到电化学性能更为优良的正极材料,对材料进行了掺杂改性研究.主要结果归纳如下:在制备方法方面,首先采用高温固相法、溶胶-凝胶法和离子交换法制备了LiMnO<,2>,考察了LiMnO<,2>正极材料的电化学性能,比较了不同制备方法的优缺点.掺杂单一组分对层状锰酸锂性能的影响:掺杂Co有助于改善正极材料的循环稳定性,但是LiMn<,1-x>Co<,x>O<,2>(0≤x≤0.25)在电化学循环过程中仍然衰变为尖晶石相,其相变速度依赖于钴的含量;正极材料的比容量随着Co的含量增加而下降.掺入Ni可以提高锰的平均价态,但是掺杂后的LiMn<,1-x>Ni<,x>O<,2>(0≤x≤0.1)的电化学性能并没有明显提高,Ni<'2+>并不能有效的降低层状锰酸锂的容量衰减.在此基础上又引入了Cr、Al元素,研究了掺杂多元组分对层状锰酸锂性能的影响:当材料的组成为LiMn<,0.7>Co<,0.15>Cr<,0.15>O<,2>和LiMn<,0.7>Co<,0.15>Al<,0.15>O<,2>时,首次放电曲线即呈现尖晶石特征,在2.0-4.5V间放电容量仅稳定在60~70mAh·g<'-1>左右,循环稳定性较好.当材料的组成为LiMn<,0.6>Ni<,0.2>Al<,0.2>O<,2>时,充电曲线从第二次起在3.0V左右出现一个微小的电压平台,表明在电化学循环过程中,材料局部出现尖晶石结构;随着循环次数的增加,曲线形状没有继续发生变化,该材料具有良好循环稳定性;继续增加Al的含量,材料的比容量降低,稳定性提高.采用不同的方法合成了LiMn<,1/3>Ni<,1/3>Co<,1/3>O<,2>正极材料.对其进行XRD表征,证明为层状结构.其首次放电容量可达到120mAh·g<'-1>以上,电压-容量曲线没有出现尖晶石特征,只是充放电平台逐渐缩短,衰减严重.为了克服这一缺点,在此基础上又掺加了另一种组分Cr.掺入适量的Cr后,材料的比容量和循环稳定性都有很大程度的提高.Cr的最佳含量约为1.5﹪,室温下其首次放电比容量达130mAh·g<'-1>,并且循环性能最好.继续增大Cr的含量则会适得其反.
锂离子电池;层状结构;正极材料;LiMnO<,2>
中国科学院成都有机化学研究所
硕士
物理化学
刘兴泉
2004
中文
TM287;TM911.4
65
2005-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）