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球形锰酸锂的制备及其改性研究

球形锰酸锂的制备及其改性研究

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作者：鞠博伟湘潭大学

学位级别：硕士

近些年来,诸多新型的锂离子电池正极材料均得到了迅猛的发展,但传统的尖晶石型LiMn2O4仍被认为是极具有竞争潜力的一种正极材料。与其他正极材料相比,其具有诸多优点,例如,原料丰富、成本低廉、环境友好、工作电压高、安全性能好和制备... 详细信息

近些年来,诸多新型的锂离子电池正极材料均得到了迅猛的发展,但传统的尖晶石型LiMn2O4仍被认为是极具有竞争潜力的一种正极材料。与其他正极材料相比,其具有诸多优点,例如,原料丰富、成本低廉、环境友好、工作电压高、安全性能好和制备条件简便等。但是其较为低劣的循环性能限制了其商业化的应用进程。诸多研究者通过对其系统的研究发现,造成LiMn2o4循环性能差的原因主要有如下三点：三价锰在有机电解液中的溶解、姜-泰勒效应、以及电解液高电压下的分解。针对上述难题,本论文先通过共沉淀法制备球形的MnCO3前驱体,然后将其混锂煅烧后,得到球形尖晶石型LiMn2O4正极材料,然后通过对其进行体相掺杂,以及在其表面进行包覆一些其他抗电解液腐蚀的材料的方法,来提高材料的电化学性能。通过共沉淀的方法制备了球形度较好且粒径均一的MnCO3。再以MgF2为掺杂物用高温固相法制备了球形Mg、F共掺杂的LiMgxMn2-xO4-2xF2x(x=0,0.05,0.1,0.2)样品。并讨论了,不同掺杂量对其性能的影响。结果表明,所有不同掺杂量的样品均具有单一的尖晶石结构。并且在所有的样品中,LiMg0.1Mn1.9O3.8F0.2具有最好的电化学性能。在55℃,1C倍率下,其首次放电比容量达到121.1mAhg-1。400次循环后,容量保持率为89.2%。通过简单的化学沉淀法得到Y203包覆的LiMn2O4,并探讨了不同包覆量对其电化学性能的影响。结果表明,所制备的所有不同Y203包覆量的LiMn2O4样品均具有较好的结晶度,且粒度均一。在55℃,1C倍率下,1.0wt.%Y2O3包覆的LiMn2O4样品具有较高的放电比容量及最佳的循环性能,首次放电容量为117.5mAhg-1.500次循环后,容量仍能保持原来的76.7%。将前面制备好的Y203包覆的LiMn2O4样品,加入通过Hummers法自制的氧化石墨悬浮液中,随后干燥并在惰性气氛(Ar)下低温煅烧,得到石墨烯和Y203双层包覆的LiMn2O4样品。结果表明,石墨烯和Y203共包覆的LiMn2O4均具有良好的结晶度和均一的粒径尺寸。在55℃,1C倍率下,首次放电比容量达到129.3mAhg-1,500次循环过后仍有89.3%保留下来。并且在30C的倍率下,其首次放电比容量仍然高达90.0mAhg-1.

关键词：锂离子电池正极材料球形尖晶石型锰酸锂双层表面包覆离子共掺杂

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